Astronomowie używający należącego do ESO instrumentu MUSE na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) w Chile odkryli gwiazdę w gromadzie NGC 3201, która zachowuje się bardzo dziwnie. Wydaje się krążyć po orbicie wokół niewidzialnej czarnej dziury o masie około czterech mas Słońca — to pierwsza taka nieaktywna czarna dziura o masie gwiazdowej odkryta w gromadzie kulistej i pierwsza znaleziona przez bezpośrednie wykrycie jej oddziaływania grawitacyjnego. To ważne odkrycie wpłynie na nasze zrozumienie powstawania gromad gwiazd, czarnych dziur i pochodzenie zdarzeń fal grawitacyjnych.

Gromady kuliste gwiazd to olbrzymie kule dziesiątek tysięcy gwiazd, które krążą wokół większości galaktyk. Należą do najstarszych znanych systemów gwiazdowych we Wszechświecie i są datowane na czasy bliskie początkom wzrostu i ewolucji galaktyk. Obecnie wiadomo o ponad 150 takich gromadach należących do Drogi Mlecznej.

Jedna z gromad, o nazwie NGC 3201, położona w południowym gwiazdozbiorze Żagla, została zbadana przy pomocy instrumentu MUSE na należącym do ESO Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) w Chile. Międzynarodowy zespół astronomów ustalił, iż jedna z gwiazd w NGC 3201 zachowuje się bardzo dziwnie — jest przerzucana do przodu i do tyłu z prędkościami kilkuset tysięcy kilometrów na godzinę, co następuje w powtarzalny sposób co 167 dni.

Pierwszy autor, Benjamin Giesers (Georg-August-Universität Göttingen, Niemcy) został zaintrygowany zachowaniem gwiazdy: „Krąży po orbicie wokół czegoś, co jest kompletnie niewidoczne, a ma masę ponad cztery razy większą niż masa Słońca — to może być tylko czarna dziura! Pierwsza odkryta w gromadzie kulistej przez bezpośrednie obserwacje przyciągania grawitacyjnego.”

Związek pomiędzy czarnymi dziurami, a gromadami kulistymi jest ważny, ale tajemniczy. Z powodu swoich dużych mas i starego wieku tych gromad uważa  się, że wyprodukowały one mnóstwo czarnych dziur o masach gwiazdowych — powstających gdy masywne gwiazdy wybuchają i kolapsują po długim życiu w gromadzie.

Instrument MUSE dostarcza astronomom unikatową możliwość mierzenia w tym samym czasie ruchów tysięcy odległych gwiazd. Dzięki nowym badaniom zespół był w stanie po raz pierwszy wykryć nieaktywną czarną dziurę w sercu gromady kulistej — taką, która obecnie nie pochłania materii i nie jest otoczona przez świecący dysk gazu. Udało się oszacować masę czarnej dziury dzięki ruchom gwiazdy schwytanej w monstrualnym przyciąganiu grawitacyjnym.

Na podstawie obserwowanych własności gwiazdy ustalono, że ma masę około 0,8 masy Słońca, a masa tajemniczego towarzysza została obliczona na koło 4,36 masy Słońca — czyli prawie na pewno czarna dziura.

Niedawne detekcje źródeł radiowych i rentgenowskich w gromadach kulistych, podobnie jak wykrycie w 2016 roku sygnałów fal grawitacyjnych wyprodukowanych przy zderzenie dwóch gwiazdowych czarnych dziur, sugerują, że względnie niewielkie czarne dziury mogą być powszechniejsze w gromadach kulistych niż do tej pory sądzono.

Giesers podsumowuje: „Do niedawna zakładano, że prawie wszystkie  czarne dziury znikają z gromad kulistych po krótkim czasie i że systemy takie, jak omawiany, nie powinny istnieć! Ale wyraźnie widać, że to nie tak – nasze odkrycie jest pierwszą bezpośrednią detekcją grawitacyjnych efektów od gwiazdowej czarnej dziury w gromadzie kulistej. Wyniki pomogą w zrozumieniu formowania się gromad kulistych I ewolucji czarnych dziur oraz układów podwójnych – co jest kluczowe w kontekście zrozumienia źródeł fal grawitacyjnych.”

 

 

 

 

Źródło: ESO