Godine 1916. Karl Schwarzchild teoretizirao je postojanje crnih rupa kao rješenje Einsteinovih jednačina polja za svoju Teoriju opće relativnosti.
Do sredine 20. vijeka astronomi su prvi put počeli otkrivati crne rupe koristeći indirektne metode, koje su se sastojale od posmatranja njihovih učinaka na okolne objekte i prostor.
Od 1980-ih naučnici su proučavali supermasivne crne rupe (SMBH), koje se nalaze u centru najmasivnijih galaksija u svemiru. A do aprila 2019., kolaboracija Event Horizon Telescope (EHT) objavila je prvu sliku ikada snimljenu SMBH.
Ova posmatranja prilika su za testiranje zakona fizike u najekstremnijim uvjetima i nude uvid u sile koje su oblikovale svemir.
Crna rupa najbliža Sunčevom sistemu
Prema nedavnoj studiji, međunarodni istraživački tim oslanjao se na podatke iz ESA-inog opservatorija Gaia kako bi promatrao zvijezdu sličnu Suncu s čudnim orbitalnim karakteristikama. Zbog prirode svoje orbite, tim je zaključio da mora biti dio binarnog sistema crne rupe.
To je čini najbližom crnom rupom našem Sunčevom sistemu i implicira postojanje značajne populacije uspavanih crnih rupa u našoj galaksiji.
Istraživanje je vodio Kareem El-Badry, astrofizičar Harvardskog društva s Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) i Max Planck Institute for Astronomy (MPIA).
Pridružili su mu se istraživači iz CfA, MPIA-e, Caltecha, UC Berkeley, Centra za računarsku astrofiziku (CCA) Instituta Flatiron, Instituta za znanost Weizmann, Observatoire de Paris, Instituta Kavli za astrofiziku i svemirska istraživanja MIT-a i više univerziteta.
Rad koji opisuje njihova otkrića bit će objavljen u Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Kako je El-Badry objasnio za Universe Today putem e-maila, ova su promatranja bila dio šire kampanje za identifikaciju uspavanih crnih rupa koji su pratioci normalnih zvijezda u galaksiji Mliječni put.
"Tražio sam uspavane crne rupe zadnje četiri godine koristeći širok raspon skupova podataka i metoda", rekao je.
"Moji prijašnji pokušaji otkrili su raznoliku menažeriju binarnih datoteka koje se maskiraju u crne rupe, ali ovo je bio prvi put da je potraga urodila plodom."
Za potrebe ove studije, El-Badry i njegovi kolege oslanjali su se na podatke koje je prikupio Opservatorij Gaia Evropske svemirske agencije (ESA). Ova je misija provela gotovo desetljeće mjereći položaje, udaljenosti i pravilna gibanja gotovo 1 milijarde astronomskih objekata, poput zvijezda, planeta, kometa, asteroida i galaksija.
Vrh ledenog brijega
Prateći kretanje objekata dok kruže oko centra Mliječne staze (tehnika poznata kao astrometrija), misija Gaia ima za cilj konstruirati najprecizniji 3D svemirski katalog ikada stvoren.
Za svoje potrebe, El-Badry i njegovi kolege ispitali su svih 168.065 zvijezda u Gaia Data Release 3 (GDR3) za koje se činilo da imaju orbite dva tijela.
Njihova analiza pronašla je kandidata koji posebno obećava, tip G (žuta zvijezda) označen kao Gaia DR3 4373465352415301632 – za svoje potrebe, tim ga je označio kao Gaia BH1. Na temelju posmatranog rješenja orbite, El-Badry i njegovi kolege su utvrdili da ova zvijezda mora imati binarnog pratioca crne rupe.
"Podaci Gaie ograničavaju kako se zvijezda kreće nebom, ocrtavajući elipsu dok kruži oko crne rupe. Veličina orbite i njen period daju nam ograničenje na masu njenog nevidljivog pratioca – oko 10 Sunčevih masa", rekao je El-Badry.
"Kako bismo potvrdili da je Gaia rješenje ispravno i isključili alternative koje nisu crne rupe, posmatrali smo zvijezdu spektroskopski s nekoliko drugih teleskopa. To je pooštrilo naša ograničenja na masu pratioca i dokazalo da je stvarno 'tamna'."
Kako bi potvrdili svoja zapažanja, tim je analizirao mjerenja radijalne brzine Gaie BH1 s više teleskopa.
To uključuje Echelle spektrometar visoke razlučivosti (HIRES) Zvjezdarnice W. M. Keck, spektrograf optičkog spektrografa proširenog dometa (FEROS) MPG/ESO teleskopa, spektrograf X-Shooter vrlo velikog teleskopa (VLT), Gemini multi-Object spektrografe (GMOS), Magellan Echellete (MagE) spektrograf i Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST).
Slično metodi koja se koristi za traženje egzoplaneta (Dopplerova spektroskopija), spektri dobijeni ovim instrumentima omogućili su timu posmatranje i mjerenje gravitacijskih sila koje utječu na njegovu orbitu. Ova naknadna posmatranja potvrdila su orbitalno rješenje Gaie BH1 i da je pratilac od otprilike 10 solarnih masa bio u orbiti s njom.
Kao što je El-Badry naznačio, ova bi otkrića mogla predstavljati prvu crnu rupu u Mliječnom putu koja nije opažena na temelju svojih emisija rendgenskih zraka ili drugih energetskih ispuštanja:
"Modeli predviđaju da Mliječna staza sadrži oko 100 miliona crnih rupa. Ali mi smo ih posmatrali samo oko 20. Sve prethodne koje smo promatrali su u 'rendgenskim binarnim datotekama': crna rupa jede zvijezdu pratilicu , i jarko svijetli u X-zrakama dok se gravitacijska potencijalna energija tog materijala pretvara u svjetlost.
"Ali ovo predstavlja samo vrh ledenog brijega: znatno veća populacija može vrebati, skrivena u više razdvojenim binarnim datotekama. Otkriće Gaie BH1 rano baca svjetlo na ovu populaciju."
Ako se potvrde, ova otkrića bi mogla značiti da postoji snažna populacija uspavanih crnih rupa u Mliječnoj stazi. Ovo se odnosi na crne rupe koje nisu vidljive iz svijetlih diskova, eksplozija zračenja ili hiperbrzinskih mlaznica koje izviru iz njihovih polova (kao što je često slučaj s kvazarima).
Ako su ti objekti sveprisutni u našoj galaksiji, implikacije na zvjezdanu i galaktičku evoluciju mogle bi biti duboke. Međutim, moguće je da je ova uspavana crna rupa izuzetak i da ne ukazuje na veću populaciju.
Čekanje potvrde
Kako bi potvrdili svoja otkrića, El-Badry i njegovi kolege s nestrpljenjem očekuju Gaia Data Release 4 (GDR 4), čiji se datum tek treba odrediti, a koji će uključivati sve podatke prikupljene tokom petogodišnje nominalne misije (GDR 4 ).
Ovo izdanje uključivat će najnovije astrometrijske, fotometrijske i kataloge radijalnih brzina za sve posmatrane zvijezde, dvojne zvijezde, galaksije i egzoplanete.
Peto i posljednje izdanje (GDR 5) uključivat će podatke iz nominalne i produžene misije (punih 10 godina).
"Na temelju stope pojavljivanja BH pratilaca koju implicira Gaia BH1, procijenili smo da će sljedeće izdanje Gaia podataka omogućiti otkrivanje desetaka sličnih sistema", rekao je El-Badry.
"Sa samo jednim objektom, teško je tačno znati šta to implicira o populaciji (mogla bi biti samo čudna stvar, slučajnost). Uzbuđeni smo zbog demografskih studija stanovništva koje ćemo moći napraviti s većim uzorcima."
