Komunikat prasowy

Znaleziono czarną dziurę skrywającą się w gromadzie gwiazd poza naszą galaktyką

11 listopada 2021

Przy pomocy należącego Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), astronomowie odkryli małą czarną dziurę poza Drogą Mleczną, obserwując w jaki sposób wpływa na ruch gwiazd w swoim bliskim otoczeniu. Po raz pierwszy ten sposób detekcji został użyty do odkrycia istnienia czarnej dziury poza naszą galaktyką. Metoda ta może stać się kluczowa w poszukiwaniu ukrytych czarnych dziur w Drodze Mlecznej i sąsiednich galaktykach, a także rzucić światło na to, w jaki sposób formują się i ewoluują te tajemnicze obiekty.

Nowo znalezioną czarną dziurę zidentyfikowano w NGC 1850, gromadzie tysięcy gwiazd odległej o prawie 160 000 lat świetlnych w Wielkim Obłoku Magellana, galaktyce sąsiadującej z Drogą Mleczną.

„Podobnie jak Sherlock Holmes śledził kryminalne gangi na podstawie ich błędów, szukamy każdej pojedynczej gwiazd w tej gromadzie przy pomocy szkła powiększającego w jednej ręce, próbując znaleźć dowody na istnienie czarnych dziur, ale bez obserwowanie ich bezpośrednio” mówi Sara Saracino z Astrophysics Research Institute of Liverpool John Moores University w Wielkiej Brytanii, prowadząca badania, których wyniki zaakceptowano do publikacji w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. „Zaprezentowane tutaj wyniki pokazują jedynie jednego z przestępców, ale skoro znaleźliśmy jednego, być może odkryjemy wielu kolejnych, w innych gromadach.”

Pierwszy “przestępca” wyśledzony przez zespół badawczy okazał się prawie 11 razy masywniejszy od Słońca. Dymiącym pistoletem, który naprowadził astronomów na ślad tej czarnej dziury był jej grawitacyjny wpływ jest okrążająca ją gwiazda o masie pięciu mas Słońca.

Astronomowie już wcześniej odnaleźli takie małe czarne dziury o masie gwiazdowej w innych galaktykach, analizując promieniowanie rentgenowskie emitowane, gdy obiekty te pochłaniają materię, albo dzięki falom grawitacyjnym generowanym, gdy czarna dziura zderza się z inną lub z gwiazdą neutronową.

Jednak większość czarnych dziur o masie gwiazdowej nie ujawnia swojego istnienia poprzez promieniowanie rentgenowskie lub fal grawitacyjne. „Zdecydowana większość może zostać zidentyfikowana jedynie dynamicznie” tłumaczy Stefan Dreizler, członek zespołu pracujący na University of Göttingen w Niemczech. „Gdy tworzą system z gwiazdą, wpływają na jej ruch w subtelny, ale wykrywalny sposób, tak więc możemy je odnaleźć przy pomocy wyrafinowanych instrumentów.”

Metoda dynamiczna używana przez Saracino i jej zespół może pozwolić astronomom na odnajdowanie wielu więcej czarnych dziur oraz pomóc w wytłumaczeniu ich zagadek. „Każda pojedyncza detekcja, której dokonujemy, będzie istotna dla naszego przyszłego zrozumienia gromad gwiazd i czarnych dziur w nich” mówi Mark Gieles z University of Barcelona (Hiszpania), współautor badań.

Detekcja w NGC 1850 oznacza pierwszy raz, gdy czarną dziurę odnaleziono w młodej gromadzie gwiazd (o wieku zaledwie 100 milionów lat, co jest mgnieniem oka w astronomicznych skalach). Używając metody dynamicznej do innych podobnych gromad gwiazd, być może uda się ujawnić jeszcze więcej młodych czarnych dziur i rzucić światło na to, w jaki sposób ewoluują te obiekty. Porównując je z większymi, bardziej dojrzałymi czarnymi dziurami w starych gromadach, astronomowie będą w stanie zrozumieć, w jaki sposób takie obiekty rosną, żerując na gwiazdach lub łącząc się z innymi czarnymi dziurami. Co więcej, poznawanie demografii czarnych dziur w gromadach gwiazd polepsza nasze zrozumienie pochodzenie źródeł fal grawitacyjnych.

W celu przeprowadzenia opisanych badań, zespół użył danych zbieranych przez ponad dwa lata przy pomocy instrumentu Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) zamontowanego na należącym do ESO teleskopie VLT, znajdującym się na chilijskiej pustyni Atakama. „MUSE pozwala nam obserwować bardzo zatłoczone obszary, takie jak najbardziej wewnętrzne rejony gromad gwiazdowych, analizując światło od każdej pojedynczej gwiazd w otoczeniu. W efekcie w trakcie jednej ekspozycji uzyskujemy informacje o tysiącach gwiazd, co najmniej 10 razy więcej niż przy pomocy innych instrumentów,” dodaje współautor Sebastian Kamann, od długiego czasu ekspert MUSE, pracujący w Astrophysics Research Institute w Liverpoolu. Pozwoliło to badaczom na dostrzeżenie dziwnej gwiazdy, której dziwny ruch sygnalizował obecność czarnej dziury. Dane z Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) prowadzonego przez Uniwersytet Warszawski oraz z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, należącego do NASA/ESA, pozwoliły na zmierzenie masy czarnej dziury i potwierdzenie odkrycia.

Budowany przez ESO w Chile Ekstremalnie Wielki Teleskop, który ma rozpocząć działanie pod koniec tego dziesięciolecia, pozwoli astronomom na znalezienie kolejnych schowanych czarnych dziur. „ELT definitywnie zrewolucjonizuje to pole badań” mówi Saracino. „Pozwoli nam obserwować gwiazdy znacząco słabsze w tym samym polu widzenia, a także na poszukiwania czarnych dziur w gromadach kulistych znajdujących się w znacznie większych odległościach.”

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule, który ukaże się w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (https://doi.org/10.1093/mnras/stab3159).

Skład zespołu badawczego: S. Saracino (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Wielka Brytania [LJMU]), S. Kamann (LJMU), M. G. Guarcello (Osservatorio Astronomico di Palermo, Palermo, Włochy), C. Usher (Department of Astronomy, Oskar Klein Centre, Stockholm University, Sztokholm, Szwecja), N. Bastian (Donostia International Physics Center, Donostia-San Sebastián, Hiszpania, Basque Foundation for Science, Bilbao, Hiszpania & LJMU), I. Cabrera-Ziri (Astronomisches Rechen-Institut, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Heidelberg, Niemcy), M. Gieles (ICREA, Barcelona, Hiszpania oraz Institut de Ciències del Cosmos, Universitat de Barcelona, Barcelona, Hiszpania), S. Dreizler (Institute for Astrophysics, University of Göttingen, Göttingen, Niemcy [GAUG]), G. S. Da Costa (Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University, Canberra, Australia), T.-O. Husser (GAUG) oraz V. Hénault-Brunet (Department of Astronomy and Physics, Saint Mary’s University, Halifax, Kanada).

Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) umożliwia naukowcom na odkrywanie tajemnic Wszechświata z korzyścią dla nas wszystkich. Projektujemy, budujemy i zarządzamy światowej klasy obserwatoriami naziemnymi – których astronomowie używają do odpowiadania na ciekawe pytania i szerzenia fascynacji astronomią – a także promujemy międzynarodową współpracę w astronomii. Ustanowione w 1962 roku jako organizacja międzynarodowa, ESO jest wspierane przez 16 krajów członkowskich (Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy), a także Chile jako kraj gospodarz, oraz Australię jako strategicznego partnera. Siedziba ESO, a także jego centrum popularyzacji nauki i planetarium (ESO Supernova) znajdują się w pobliżu Monachium w Niemczech, natomiast chilijska pustynia Atakama – niesamowite miejsce z wyjątkowymi warunkami do obserwacji nieba – jest domem dla naszych teleskopów. ESO zarządza trzema lokalizacjami obserwacyjnymi w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope – Bardzo Duży Teleskop) oraz dwa teleskopy do przeglądów nieba. VISTA pracuje w podczerwieni, VLT Survey Telescope w zakresie widzialnym. W Paranal ESO zarządza także południowym obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array South) – największym na świecie i najbardziej czułym obserwatorium promieniowania gamma. Wspólnie z międzynarodowymi partnerami ESO zarządza także radioteleskopami APEX i ALMA, które są instrumentami do obserwacji nieba w zakresach milimetrowym i submilimetrowym. Na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, budujemy „największe oko świata na niebo”, czyli Ekstremalnie Wielki Teleskop (Extremely Large Telescope, ELT). Nasza działalność w Chile jest zarządzania z biur ESO w Santiago, gdzie współpracujemy też z chilijskimi partnerami.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia VLT
• Dowiedz się więcej o Ekstremalnie Wielkim Teleskopie (ELT)
• Dla dziennikarzy: zasubskrybuj, aby otrzymywać komunikaty z embargo medialnym w swoim języku
• Dla naukowców: masz ciekawy temat? Zgłoś swoje badania

Kontakt

Sara Saracino
Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University
Liverpool, United Kingdom
E-mail: S.Saracino@ljmu.ac.uk

Sebastian Kamann
Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University
Liverpool, United Kingdom
E-mail: S.Kamann@ljmu.ac.uk

Stefan Dreizler
Institute for Astrophysics, University of Göttingen
Göttingen, Germany
E-mail: dreizler@astro.physik.uni-goettingen.de

Mark Gieles
ICREA, Barcelona, Spain and Institut de Ciències del Cosmos, Universitat de Barcelona
Barcelona, Spain
E-mail: mgieles@icc.ub.edu

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
Tel. kom.: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych

Jest to tłumaczenie Komunikatu prasowego ESO eso2116