211service.com
Pierwsza odkryta czarna dziura jest masywniejsza, niż sądziliśmy
Artystyczna ilustracja czarnej dziury i gwiazdy Cygnus X-1. Międzynarodowe Centrum Badań Radioastronomicznych
Einstein po raz pierwszy przewidział istnienie czarnych dziur, kiedy w 1916 roku opublikował swoją ogólną teorię względności, opisując, w jaki sposób grawitacja kształtuje strukturę czasoprzestrzeni. Ale astronomowie zauważyli go dopiero w 1964 roku, jakieś 6070 lat świetlnych od nas w gwiazdozbiorze Łabędzia. Liczniki Geigera wystrzelone w kosmos wykryły kosmiczne promieniowanie rentgenowskie pochodzące z regionu zwanego Cygnus X-1. (Teraz wiemy, że promienie kosmiczne są wytwarzane przez czarne dziury. Wtedy naukowcy nie zgadzali się, co to było: Stephen Hawking założył słynnego fizyka Kipa Thorne'a, że ten sygnał nie pochodził z czarnej dziury, ale przyznał w 1990 r.)
Teraz, około 57 lat później, naukowcy odkryli, że czarna dziura w Cygnus X-1 jest znacznie masywniejsza niż początkowo sądzono, co zmusza nas do ponownego przemyślenia, jak powstają i ewoluują czarne dziury. Tym razem obserwacje zostały wykonane z powierzchni Ziemi.
Do pewnego stopnia wynik był nieoczekiwany, mówi James Miller-Jones z Międzynarodowego Centrum Badań Radioastronomicznych na Uniwersytecie Curtin w Australii, główny autor książki nowe badanie opublikowane w Science . Początkowo nie zamierzaliśmy ponownie zmierzyć odległości i masy czarnej dziury, ale kiedy przeanalizowaliśmy nasze dane, zdaliśmy sobie sprawę z jej pełnego potencjału.
Czarne dziury są obiektami tak masywnymi, że nawet światło, nie mówiąc już o materii fizycznej, nie powinno uciec przed jej przyciąganiem grawitacyjnym. Jednak czasami w niewytłumaczalny sposób wyrzuca się w przestrzeń strumienie promieniowania i zjonizowanej materii. Miller-Jones i jego zespół chcieli zbadać, w jaki sposób materia jest zasysana i wydalana z czarnych dziur, więc przyjrzeli się bliżej Cygnusowi X-1.
Obserwowali czarną dziurę przez sześć dni za pomocą Very Long Baseline Array, sieci 10 radioteleskopów rozmieszczonych w całej Ameryce Północnej, od Hawajów po Wyspy Dziewicze. Rozdzielczość jest porównywalna do tej, która byłaby wymagana do zauważenia 10-centymetrowego obiektu na Księżycu i jest to ta sama technika, której używał Teleskop Event Horizon zrób pierwsze zdjęcie czarnej dziury .
Wykorzystując kombinację pomiarów obejmujących fale radiowe i temperatury, zespół wymodelował precyzyjne orbity zarówno czarnej dziury Cygnus X-1, jak i masywnego nadolbrzyma HDE 226868 (dwa obiekty krążą wokół siebie). Znajomość orbit każdego obiektu pozwoliła zespołowi na ekstrapolację ich mas – w przypadku czarnej dziury 21 mas Słońca, co stanowi około 50% więcej niż kiedyś sądzono.
Masa czarnych dziur zależy od kilku czynników, w szczególności od wielkości gwiazdy, która zapadła się w czarną dziurę oraz od ilości masy, która ulega erozji w postaci wiatru gwiazdowego. Gorące i jaśniejsze gwiazdy mają tendencję do wytwarzania bardziej niestabilnych wiatrów gwiazdowych, a także są cięższe. Zatem im masywniejsza jest gwiazda, tym bardziej jest podatna na utratę masy przez wiatr gwiazdowy przed i podczas kolapsu, co skutkuje jaśniejszą czarną dziurą.
Ale ogólnie naukowcy uważali, że wiatry gwiazdowe w Drodze Mlecznej są wystarczająco silne, aby ograniczyć masę czarnych dziur do nie więcej niż 15 mas Słońca, niezależnie od tego, jak duże były pierwotnie gwiazdy. Nowe ustalenia wyraźnie podważają te szacunki.
Znalezienie czarnej dziury, która była znacznie masywniejsza niż ten limit, mówi nam, że musimy zrewidować nasze modele tego, ile masy tracą największe gwiazdy w wyniku wiatru gwiazdowego w ciągu swojego życia, mówi Miller-Jones. Może to oznaczać, że wiatry gwiezdne poruszające się przez Drogę Mleczną są słabsze, niż sądziliśmy, lub że gwiazdy wykrwawiają masę w inny sposób. Lub może to oznaczać, że czarne dziury zachowują się w bardziej chaotyczny sposób, niż jesteśmy w stanie przewidzieć.
Zespół planuje kontynuować obserwacje Cygnus X-1. Inne instrumenty, takie jak planowany Square Kilometer Array w Australii i Afryce Południowej, mogą zapewnić lepszy widok tej i innych pobliskich czarnych dziur. Może być od 10 milionów do miliard czarne dziury w Drodze Mlecznej i zbadanie co najmniej kilku z nich może pomóc wyjaśnić tę tajemnicę.