Astronomowie odkryli drugą co do wielkości czarną dziurę w Drodze Mlecznej

Wrażenie artysty przedstawia orbity najmasywniejszej gwiezdnej czarnej dziury w naszej galaktyce, zwanej Gaia BH3, oraz gwiazdy towarzyszącej, na tym zdjęciu uzyskanym przez Reuters 16 kwietnia 2024 r. Zdjęcie: Europejskie Obserwatorium Południowe/L. Calcada/Materiały za pośrednictwem REUTERS.

Nowo zidentyfikowana czarna dziura znajduje się około 2000 lat świetlnych od Ziemi – stosunkowo blisko w ujęciu kosmicznym – w konstelacji Orła i krąży wokół niej gwiazda towarzysząca – stwierdzili we wtorek naukowcy. Rok świetlny to odległość, jaką światło pokonuje w ciągu roku, czyli 9,5 biliona km.

Czarne dziury to niezwykle gęste obiekty o tak silnej grawitacji, że nawet światło nie może uciec, co utrudnia ich dostrzeżenie. Tę zidentyfikowano na podstawie obserwacji przeprowadzonych podczas misji Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej, która tworzy ogromny spis gwiazd, ponieważ spowodowała ruch chwiejny swojej gwiazdy towarzyszącej. Do zweryfikowania masy czarnej dziury wykorzystano dane z Bardzo Dużego Teleskopu znajdującego się w Chile i innych obserwatoriów naziemnych Europejskiego Obserwatorium Południowego.

„Ta czarna dziura jest nie tylko ogromna, ale też bardzo specyficzna pod wieloma względami. Nie spodziewaliśmy się takiego odkrycia,” powiedział Pasquale Panuzzo, inżynier badawczy z francuskiej agencji CNRS pracujący w paryskim obserwatorium i główny autor badania opublikowanego w magazynie Astronomy & Astrophysics (Astronomia i Astrofizyka). 

Na przykład czarna dziura o nazwie Gaia BH3 i jej towarzysz poruszają się po galaktyce w przeciwnym kierunku do tego, w jakim orbitują zazwyczaj gwiazdy w Drodze Mlecznej. 

Według naukowców GaiaBH3 została utworzona prawdopodobnie po śmierci gwiazdy 40 razy większej od masy Słońca.

Czarne dziury powstałe w wyniku kolapsu grawitacyjnego jednej gwiazdy to gwiazdowe czarne dziury. Według astronoma i współautora badania Tsevi Mazeha z uniwersytetu Tel Aviv w Izraelu Gaia BH3 jest największą znaną gwiazdową czarną dziurą. 

Gwiazdowe czarne dziury są karłowate w porównaniu z supermasywnymi czarnymi dziurami zamieszkującymi centra większości galaktyk. Jedna z takich czarnych dziur, zwana Sagittarius A* lub Sgr A* znajduje się w centrum Drogi Mlecznej. Ma masę 4 miliony razy większą od naszego Słońca i znajduje się 26 tysięcy lat świetlnych od Ziemi. 

Gwiazda progenitorowa czarnej dziury GaiaBH3 składała się prawie wyłącznie z wodoru i helu. Taki skład chemiczny, zwany niską metalicznością, miały gwiazdy we wczesnym Wszechświecie. Gwiazda ta powstała więc stosunkowo wcześnie w historii Wszechświata – prawdopodobnie niecałe 2 miliardy lat po Wielkim Wybuchu. 

Wybuch gwiazdy pod koniec swojego życia — zjawisko zwane supernową — powoduje wypuszczenie w przestrzeń części materii, a pozostałość gwałtownie zapada się, tworząc czarną dziurę. 

Zdaniem Panuzzo odkrycie czarnej dziury GaiaBH3 potwierdza modele ewolucji gwiazd pokazujące, że masywne gwiezdne czarne dziury mogą być wytwarzane jedynie przez gwiazdę o niskiej metaliczności, taką jak przodek tej gwiazdy. 

Gwiazda towarzysząca GaiaBH3, tak samo stara jak ta druga, ma około 76% masy Słońca i jest nieco chłodniejsza, ale około 10 razy jaśniejsza. Okrąża czarną dziurę po eliptycznej ścieżce w odległości wahającej się od około 4,5 odległości między Ziemią a Słońcem — miara zwana jednostką astronomiczną (AU) - do 29 jednostek astronomicznych. Dla porównania Jowisz krąży wokół Słońca w odległości około pięciu jednostek astronomicznych, a Neptun trzydziestu. 

„Zaskakującym dla mnie wynikiem był fakt, że skład chemiczny tej gwiazdy towarzyszącej nie wykazuje niczego szczególnego, zatem eksplozja supernowej czarnej dziury nie miała na nią wpływu” – powiedziała Elisabetta Caffau, astronom i współautorka badania z obserwatorium w Paryżu.

Naukowcy nie są pewni, jak duże mogą być gwiezdne czarne dziury. 

„Maksymalna masa gwiezdnej czarnej dziury jest przedmiotem aktywnej debaty naukowej” - powiedział Panuzzo.