Crne rupe su najekstremniji objekti u svemiru. Supermasivne verzije ovih nezamislivo gustih objekata verovatno se nalaze u centrima svih velikih galaksija. Crne rupe zvezdane mase — koje teže otprilike pet do 100 puta više od mase Sunca — mnogo su češće, sa procenjenim 100 miliona samo u Mlečnom putu.
Međutim, samo nekoliko njih je potvrđeno do danas, a skoro sve su „aktivne“ – što znači da sijaju jako na rendgenskim zracima dok troše materijal od obližnjeg zvezdanog pratioca, za razliku od uspavanih crnih rupa koje to ne čine.
Astronomi koji koriste teleskop Gemini North na Havajima, jedan od teleskopa blizanaca Međunarodne opservatorije Gemini, kojim upravlja NSF-ov NOIRLab, otkrili su najbližu crnu rupu Zemlji, koju su istraživači nazvali Gaia BH1. Ova uspavana crna rupa teži oko 10 puta veću od mase Sunca i nalazi se na udaljenosti od oko 1.600 svetlosnih godina u sazvežđu Ophiuchus, što je čini tri puta bližom Zemlji od prethodnog rekordera, rendgenskog binarnog sistema u sazvežđu Monocera. .
Novo otkriće je omogućeno izuzetnim zapažanjima kretanja pratioca crne rupe, zvezde nalik suncu koja kruži oko crne rupe na približno istoj udaljenosti kao što Zemlja kruži oko Sunca.
„Uzmite Sunčev sistem, stavite crnu rupu tamo gde je Sunce, a Sunce tamo gde je Zemlja, i dobićete ovaj sistem“, objasnio je Karim El-Badri, astrofizičar iz Centra za astrofiziku | Harvard & Smithsonian i Maks Plank institut za astronomiju, i glavni autor rada koji opisuje ovo otkriće.
„Iako je postojalo mnogo tvrdnji o otkrivanju sistema poput ovog, skoro sva ova otkrića su naknadno opovrgnuta. Ovo je prvo nedvosmisleno otkrivanje zvezde nalik suncu u širokoj orbiti oko crne rupe zvezdane mase u našoj galaksiji.“
Iako verovatno postoje milioni crnih rupa zvezdane mase koje lutaju galaksijom Mlečni put, onih nekoliko otkrivenih otkriveno je njihovim energetskim interakcijama sa pratećom zvezdom. Kako se materijal iz obližnje zvezde spiralno približava crnoj rupi, on se pregreva i generiše moćne rendgenske zrake i mlazove materijala. Ako se crna rupa ne hrani aktivno (tj. miruje), ona se jednostavno stapa sa okolinom.
„Tragao sam za uspavanim crnim rupama poslednje četiri godine koristeći širok spektar skupova podataka i metoda“, rekao je El-Badri. „Moji prethodni pokušaji — kao i pokušaji drugih — otkrili su menažeriju binarnih sistema koji se maskiraju kao crne rupe, ali ovo je prvi put da je potraga urodila plodom.
Tim je prvobitno identifikovao sistem kao potencijalno domaćin crne rupe analizirajući podatke iz svemirske letelice Gaia Evropske svemirske agencije. Geja je uhvatila sitne nepravilnosti u kretanju zvezde izazvane gravitacijom nevidljivog masivnog objekta. Da bi detaljnije istražili sistem, El-Badri i njegov tim su se okrenuli instrumentu Gemini Multi-Object Spectrograph na Gemini North, koji je izmerio brzinu prateće zvezde dok je kružio oko crne rupe i obezbedio precizno merenje njenog orbitalnog perioda.
Posmatranja Blizanaca bila su ključna za ograničavanje orbitalnog kretanja, a time i masa dve komponente u binarnom sistemu, omogućavajući timu da identifikuje centralno telo kao crnu rupu otprilike 10 puta masivnije od našeg Sunca.
„Naša zapažanja Blizanaca potvrdila su van razumne sumnje da binarni sistem sadrži normalnu zvezdu i najmanje jednu uspavanu crnu rupu“, elaborirao je El-Badri. „Nismo mogli da pronađemo uverljiv astrofizički scenario koji bi mogao da objasni posmatranu orbitu sistema koja ne uključuje bar jednu crnu rupu.“
Tim se nije oslanjao samo na izvanredne opservacijske sposobnosti Gemini North-a, već i na sposobnost Geminija da pruži podatke u kratkom roku, pošto je tim imao samo kratak period u kome je mogao da izvrši svoja naknadna zapažanja.
„Kada smo imali prve indikacije da sistem sadrži crnu rupu, imali smo samo nedelju dana pre nego što su dva objekta bila na najbližem razmaku u svojim orbitama. Merenja u ovoj tački su od suštinskog značaja za pravljenje tačnih procena mase u binarnom sistemu“, rekao je El-Badri. „Blizancina sposobnost da pruži brza zapažanja bila je ključna za uspeh projekta. Da smo propustili taj uski prozor, morali bismo da čekamo još godinu dana.“
Astronomski trenutni modeli evolucije binarnih sistema su pod teškim pritiskom da objasne kako je mogla nastati neobična konfiguracija sistema Gaia BH1. Konkretno, progenitorska zvezda koja se kasnije pretvorila u novootkrivenu crnu rupu bila bi najmanje 20 puta masivnija od našeg Sunca.
To znači da bi živeo samo nekoliko miliona godina. Da su se obe zvezde formirale u isto vreme, ova masivna zvezda bi se brzo pretvorila u supergiganta, nadimajući i gutajući drugu zvezdu pre nego što je stigla da postane prava zvezda glavne sekvence koja sagoreva vodonik poput našeg Sunca.
Uopšte nije jasno kako je zvezda solarne mase mogla da preživi tu epizodu, završivši kao naizgled normalna zvezda, kao što pokazuju zapažanja binarne crne rupe. Svi teorijski modeli koji omogućavaju opstanak predviđaju da je zvezda solarne mase trebalo da završi na mnogo strožoj orbiti nego što se zapravo posmatra.
Ovo bi moglo ukazati na to da postoje važne praznine u našem razumevanju kako se crne rupe formiraju i razvijaju u binarnim sistemima, a takođe sugeriše postojanje još neistražene populacije uspavanih crnih rupa u binarnim sistemima.
„Zanimljivo je da ovaj sistem nije lako prilagođen standardnim modelima binarne evolucije“, zaključio je El-Badri. „To postavlja mnoga pitanja o tome kako je ovaj binarni sistem formiran, kao i koliko ovih uspavanih crnih rupa postoji tamo.“
„Kao deo mreže svemirskih i zemaljskih opservatorija, Gemini North ne samo da je pružio snažne dokaze za najbližu crnu rupu do danas, već i prvi netaknuti sistem crnih rupa, neopterećen uobičajenim vrućim gasom koji je u interakciji sa crnom rupom. “, rekao je službenik programa NSF Gemini Martin Still.
„Iako ovo potencijalno nagoveštava buduća otkrića predviđene uspavane populacije crnih rupa u našoj galaksiji, zapažanja takođe ostavljaju misteriju za rešavanje – uprkos zajedničkoj istoriji sa svojim egzotičnim susedom, zašto je zvezda pratilac u ovom binarnom sistemu tako normalna?“
