Poprvé byla na Mléčné dráze nalezena osamělá černá díra

Stejně jako starověký svetr by Mléčná dráha měla být naprosto prošpikovaná černé díry.

Podle našich nejlepších odhadů by jich mělo být až 10 milionů až 1 miliarda černé díry hvězdné hmotnosti tam venku, pokojně a tiše se unášejí galaxií. Pokud jde o jejich počítání, existuje jen jeden problém: Pokud se jim nepodaří zachytit nějaký procházející materiál ve svém gravitačním poli, jsou v podstatě neviditelní.

Neviditelný však neznamená nezjistitelný. Mezinárodnímu týmu vědců se poprvé podařilo odhalit osamocenou, klidnou černou díru vzdálenou jen necelých 5200 světelných let. Jejich objev, který dosud nebyl přezkoumán, byl nahrán na předtiskový server arXiv.

jak to udělali? Protože v současnosti (a možná nikdy) nemáme nástroje k přímému sondování černé díry, musíme pozorovat její účinky na prostor kolem ní. Pro klidnou černou díru je tento efekt gravitační. A protože je gravitační pole černé díry tak extrémní, deformuje a kroutí jakékoli světlo, které by jí mohlo projít.

Když tedy něco neviditelného zesílilo světlo vzdálené hvězdy, takže byla podivně jasnější, astronomové věděli, že pravděpodobně existuje gravitační pole, kterým procházela.

Tento jev se nazývá gravitační mikročočka a my jsme jej použili k identifikaci malých, matných objektů, které by jinak mohly být pro naše teleskopy příliš obtížné rozpoznat. Ale toto je poprvé, co jsme viděli jedinou černou díru.

„Hlásíme první jednoznačnou detekci a hmotnostní měření izolované černé díry s hvězdnou hmotností,“ napsal tým astronomů vedl Kailash Sahu z Space Telescope Science Institute.

„Ukazujeme, že čočka nevyzařuje žádné detekovatelné světlo, které spolu s hmotností vyšší, než je možné u bílého trpaslíka resp. neutronová hvězdapotvrzuje jeho povahu černé díry.“

Gravitační mikročočka nastává, když objekt s gravitačním polem projde téměř přesně před vzdálenou hvězdou.

Toto gravitační pole způsobuje zakřivení časoprostoru; Když světlo prochází gravitačním polem, následuje toto zakřivení, což způsobí, že se jeho dráha účinně „ohýbá“. Tím se zvětší světlo a také se velmi mírně posune zdánlivá poloha vzdálené hvězdy.

Předchozí mikročočkové události vedly k odhalení exoplanet a hvězd, které jsou příliš slabé na to, aby je bylo možné vidět. Experimenty nastavené pro sledování oblohy detekují každý rok tisíce mikročoček; Většina z nich jsou hvězdy pohybující se před jinými hvězdami, což není překvapivé, vezmeme-li v úvahu, kolik hvězd tam je.

Dne 2. června 2011 dva samostatné průzkumy mikročoček – Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) a Microlensing Observations in Astrophysics (MOA) – nezávisle na sobě zaznamenaly událost, která vyvrcholila 20. července.

Tato událost s názvem MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462 (zkráceně MOA-11-191/OGLE-11-0462, protože je to hubička) byla pozoruhodná. Nejen, že byl neobvykle dlouhý, kolem 270 dnů, ale také vykazoval neobvykle velké zvětšení. Vzhledem k tomu, že události s velkým zvětšením jsou citlivé na poruchy, jaké mohou být pozorovány z planety obíhající kolem čočky, vědci se sblížili, aby provedli následná pozorování a provedli analýzy.

Pozorování oblasti byla pořízena při osmi různých příležitostech pomocí Hubbleova vesmírného dalekohledu až do roku 2017. Vyzbrojeni těmito údaji začali Sahu a jeho tým sbírat čísla a zjistili, že pro data se nejlépe hodí černá díra, nikoli hvězda.

Ve skutečnosti byli dokonce schopni provést měření černé díry. Změny pozorované ve světle vzdálené hvězdy umožnily týmu vypočítat její hmotnost a pohyb. Zjistili, že černá díra má hmotnost přibližně 7,1krát větší než hmotnost Slunce. Tím by se jeho horizont událostí změnil 42 kilometrů (26 mil) napříč.

Chvilku se tomu divte. Vědci byli schopni detekovat neviditelný objekt menší než desetina délky Grand Canyon ze vzdálenosti více než 5 000 světelných let studiem měnícího se světla vzdálenější hvězdy. To je zatraceně úžasné.

A tady se to ještě ochladí. Tým vypočítal, jak rychle se tento objekt pohybuje Mléčnou dráhou: 45 kilometrů (28 mil) za sekundu. To z ní dělá nejen starou černou díru, ale černou díru na útěku.

Pravděpodobně byla vyvržena do vesmíru, když její prekurzorová hvězda explodovala v supernově. Pokud je taková exploze supernovy nakloněná, nerovnoměrná síla může odrazit zhroucené jádro hvězdy do prostoru, což nazýváme natální kop. Tyto hvězdy jsme již viděli: Bílý trpaslík LP 40-365 a pulsar PSR J0002+6216 jsou dva příklady.

Studie z roku 2019 zjistila, že kolem Mléčné dráhy mohou být miliony natálně kopnutých černých děr přibližujících se vysokou rychlostí. Bylo by neuvěřitelně cool, kdyby MOA-11-191/OGLE-11-0462 byl jedním z nich.

Je možné, že se objekt pohybuje oblastí s vysokou hustotou vesmíru. Budoucí práce, řekli vědci, by mohla zahrnovat použití citlivých rentgenových teleskopů k určení, zda domnělá černá díra nahromadí nějaký materiál z mezihvězdného prostředí kolem ní.

Kromě toho by budoucí přístroje mohly detekovat ještě izolovanější černé díry s hvězdnou hmotností. Jakmile bude populace objevena a prostudována, budeme moci tato data použít k tomu, abychom se dozvěděli více o MOA-11-191/OGLE-11-0462 a černých dírách, které obývají Mléčnou dráhu obecně.

Výzkum týmu byl předložen The Astrophysical Journal a je k dispozici na arXiv.