Otkrivena golema crna rupa u našoj galaksiji, neočekivano je blizu Zemlje

ASTRONOMI su identificirali najmasivniju zvjezdanu crnu rupu dosad otkrivenu u našoj galaksiji, i to iznenađujuće blizu Zemlje, objavila je Europska svemirska zvjezdarnica (ESO).

Prema radu objavljenom u časopisu Astronomy & Astrophysics, ova crna rupa, nazvana Gaia BH3 ili skraćeno BH3, uočena je u podacima koje je prikupila misija Gaia Europske svemirske agencije (ESA).

Naime, podaci su pokazali da zvijezda u sustavu crne rupe BH3 tetura na način koji je ukazivao na to da se ondje nalazi neko nevidljivo tijelo goleme mase koje ju poteže svojom gravitacijom.

33 puta veće mase od Sunca

Za određivanje mase BH3 poslužili su podaci kolaboracije Gaia, ali i podaci prikupljeni ESO-inim Vrlo velikim teleskopom (VLT) i drugim teleskopima zemaljskih opservatorija. 

Na koji način? Orbitalno gibanje zvijezde oko druge zvijezde ovisi o njihovim masama i međusobnim udaljenostima. Matematička analiza putanje zvijezde pratilice BH3 pokazala je da ona mora kružiti oko objekta čija je masa 33 puta veća od mase Sunca. No, budući da taj objekt ne emitira svjetlost, a trebao bi sjati tako jako da se sa Zemlje vidi golim okom, zaključili su da je riječ o crnoj rupi.

Zvjezdane crne rupe nastaju kolapsom masivnih zvijezda, a one koje su prethodno identificirane u Mliječnom putu u prosjeku su bile oko 10 puta masivnije od Sunca. Druga najmasivnija zvjezdana crna rupa otkrivena u našoj galaksiji, Cygnus X-1, ima "samo" 21 solarnu masu (vidi dolje).

Usporedba tri zvjezdane crne rupe u našoj galaksiji: (lijevo) Gaia BH1, (u sredini) Cygnus X-1 i (desno) Gaia BH3, čije su mase 10, 21, odnosno 33 puta veće od Sunčeve. Gaia BH3 je najmasivnija zvjezdana crna rupa do sada pronađena u Mliječnom putu. (Slika: ESO/M. Kornmesser)

Neočekivano blizu Zemlje

Posebno zanimljivo u novom otkriću je to što je BH3 izuzetno blizu Zemlje - udaljena je samo 2000 svjetlosnih godina u zviježđu Orla, što je čini drugom poznatom crnom rupom po blizini Zemlji.

Najbliža dosad otkrivena je BH1, koja je udaljena oko 1500 svjetlosnih godina, no ona ima masu "samo" 10 Sunčevih (slika gore).

Takvo otkriće dogodi se jednom u životu

Crna rupa BH3 pronađena je dok je tim pregledavao opažanja ESO-ove misije Gaia koja mapira položaje i kretanja oko 2 milijarde zvijezda u Mliječnom putu.

"Nitko nije očekivao da će pronaći do sada neotkrivenu crnu rupu velike mase kako vreba u blizini", rekao je član kolaboracije Gaia Pasquale Panuzzo, astronom iz Nacionalnog centra za znanstvena istraživanja (CNRS) na Observatoire de Paris - PSL u Francuskoj.

"Ovo je otkriće do kojeg dođeš jednom u svom istraživačkom životu", dodao je.

Kako bi potvrdila svoje otkriće, kolaboracija Gaia koristila je podatke iz zemaljskih zvjezdarnica, uključujući instrument Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) na ESO-ovom VLT-u, koji se nalazi u čileanskoj pustinji Atacama.

BH3 je potvrda teorije

Astronomi su raznim metodama detekcije već ranije pronašli slične masivne crne rupe izvan naše galaksije. Na temelju promatranja postavili su teoriju prema kojoj bi one mogle nastajati u kolapsima zvijezda s vrlo malim udjelom elemenata težih od vodika i helija. Smatra se da takve zvijezde siromašne metalima gube manje mase tijekom svog života, pa im nakon smrti ostaje više materijala za stvaranje crnih rupa velike mase. No, do sada je nedostajalo dokaza koji bi izravno povezali zvijezde siromašne metalima s crnim rupama velike mase.

Zašto zvijezde s manje metala gube manje mase?

Zvijezde se formiraju iz oblaka plinova i prašine, a dijele se na zvijezde populacije I i populacije II.

Razlikuju se po kemijskom sastavu i starosti. Zvijezde populacije I su mlađe i sadrže veći udio težih elemenata poznatih kao metali. Ti elementi nastali su iz ranijih generacija zvijezda koje su sagorjele svoje nuklearno gorivo i eksplodirale kao supernove. Naime, u procesu fuzije u zvijezdama lakši elementi postupno prelaze u sve teže elemente. 

Zvijezde populacije II su starije zvijezde s manjim udjelom težih elemenata. One su se formirale ranije u povijesti svemira, prije nego što su supernove međuzvjezdani prostor obogatile težim elementima.

Zvijezde populacije I uglavnom imaju manju masu pa sporije sagorijevaju svoje fuzijsko gorivo. Također imaju nižu površinsku temperaturu, što znači da manje intenzivno zrače energiju pa tijekom zračenja gube manje svoje mase.

Svemirska forenzika

Kako su znanstvenici zaključili da je zvijezda koja je stvorila BH3 siromašna metalima?

Zvijezde u parovima obično imaju sličan sastav, što znači da zvijezda pratilica BH3 sadrži važne informacije o sastavu zvijezde koja je urušavanjem formirala crnu rupu. Spektrografski podaci UVES-a pokazali su da je pratilica vrlo siromašna metalima, što pak ukazuje na to da je i zvijezda koja je u kolapsu formirala BH3 također bila siromašna metalima - baš kao što je teorijom predviđeno.

Dvije kategorije crnih rupa

Crne rupe nastaju kolapsom divovskih zvijezda, a rastu gutajući plin, prašinu, zvijezde i druge crne rupe koje se nađu u blizini.

Trenutno poznate crne rupe spadaju u dvije kategorije: crne rupe zvjezdane mase, čija je masa nekoliko do nekoliko desetaka puta veća od Sunčeve; i supermasivne crne rupe, kozmička čudovišta koja mogu imati masu od nekoliko milijuna do 50 milijardi puta veću od Sunca.

BH3 je trenutno najveća poznata zvjezdana crna rupa u Mliječnom putu, druga po masi nakon supermasivne crne rupe Sagittarius A* u središtu galaksije.

Misteriozne crne rupe srednje mase

Crne rupe srednje mase, koje imaju masu između 100 i 100 000 puta veću od Sunčeve, najneuhvatljivije su u svemiru. Iako je bilo nekoliko obećavajućih kandidata, do sada nije definitivno potvrđeno postojanje ni jedne. Znanstvenici se nadaju da bi u budućnosti mogli popuniti ovu prazninu pronalaženjem malih crnih rupa te proučavanjem načina na koji bi one mogle evoluirati i djelovati na svoj svemirski okoliš.