Záhadný signál odhalil nejmenší černou díru, jaká byla doposud objevena

Hvězda, která se ve vesmíru podivně vrtí, může být ukazatelem k jednomu z nejvyhledávanějších objektů v galaxii.

Ve vzdálenosti asi 5 825 světelných let od Země byl pozorován červený obr, který se pohybuje jakoby v pomalém oběžném tanci s binárním společníkem. Problém? Z místa, kde by měl být binární společník, nevychází vůbec žádné světlo.

Je to ještě zajímavější. Na základě chování červeného obra astronomové pod vedením Songa Wanga z Čínské akademie věd určili, že hmotnost neviditelného objektu je jen 3,6krát větší než hmotnost Slunce. Mohlo by jít jen o jednu věc: o černou díru, a to o díru s drobnými rozměry, která se nachází uprostřed záhadné mezery v datech známé jako mezera spodní hmoty.

Jmenuje se G3425 a podle analýzy by nás mohla o malých černých dírách hodně naučit. „Vzácný objev G3425 poskytuje důkaz o existenci černých děr s hmotnostní mezerou v neinteragujících dvojhvězdách, které je obtížné detekovat prostřednictvím rentgenového záření,“ píší vědci ve svém článku.

„Ještě pozoruhodnější je, že vznik její překvapivě široké kruhové dráhy zpochybňuje současné teorie vývoje dvojhvězd a explozí supernov.“ Černé díry jsou na kontinuu ultrahustých objektů, které vznikají ze zbytkových jader mrtvých hvězd poté, co jim dojde palivo a zhroutí se pod vlivem gravitace. Bílí trpaslíci vznikají z hvězd o hmotnosti až osmkrát větší než hmotnost Slunce a jejich horní hranice hmotnosti je asi 1,4násobek hmotnosti Slunce.

Těžší objekty se stávají ještě hustšími, to jsou neutronové hvězdy do hmotnosti asi 2,3 hmotnosti Slunce (i když se tato hmotnostní rozmezí mohou trochu překrývat). Nad 2,3 hmotnosti Slunce již neutronová hvězda podle našich nejlepších modelů nedokáže odolat gravitačnímu tlaku směrem dovnitř. Měla by se zcela zhroutit a vytvořit černou díru.

Zde přichází na řadu hmotnostní mezera. Kandidátů na černou díru o hmotnosti nižší než pět hmotností Slunce jsme objevili extrémně málo. Buď je opravdu špatně hledáme, nebo jim něco brání ve vzniku. To, že je opravdu špatně hledáme, vlastně není úplně vyloučeno. Pokud aktivně nerostou, což je proces, při kterém vzniká rentgenové záření z materiálu vířícího kolem černé díry pod extrémními gravitačními vlivy, je velmi těžké černé díry spatřit. Mohou mít vliv na věci kolem sebe, ale čím menší černá díra, tím méně výrazný tento vliv je.

Mise Gaia Evropské vesmírné agentury nám však poskytuje vynikající nástroj k nalezení neviditelného. Tato dlouhodobá mise mapuje Mléčnou dráhu ve třech rozměrech, včetně pohybů a rychlostí hvězd. To znamená, že když najdeme hvězdu, která se zdá být v tanci s ničím, můžeme se nyní podívat zblízka a zjistit, co by tam mohlo, nebo nemuselo, být.

Právě to přivedlo Wangův tým ke kódu G3425. Použili spektroskopii z Large Aperture Multi-Object Spectroscopic Telescope Čínské akademie věd k hledání změn ve světle hvězdy při pohybu kolem vzájemného těžiště dvojhvězdy a využili data z programu Gaia k hledání pohybů hvězd ve vesmíru.

Hmotnost červeného obra v hvězdě G3425 se odhaduje na 2,7 Sluncí. A její pohyb naznačuje, že se pohybuje po poměrně široké dráze, přičemž jí trvá přibližně 880 dní, než se pohybuje kolem vzájemného těžiště s objektem, jehož hmotnost byla vypočítána na přibližně 3,6násobek hmotnosti Slunce.

Tato dráha je podle modelování týmu docela kruhová. Ostatní černé díry s hvězdnou hmotností v binárních systémech mají tendenci mít eliptické dráhy. Kruhová dráha znamená, že dvojhvězda je stabilní a nerušená po dlouhou dobu. Není příliš v souladu s naším chápáním dvojhvězd, protože supernova, která černou díru vytvoří, může způsobit poměrně velké poruchy, které samotnou černou díru buď vykopnou z dráhy, nebo ji vysokou rychlostí vymrští napříč vesmírem.

G3425 vyvolává několik otázek. Může však obsahovat i některé odpovědi. Nejlepším způsobem, jak tyto odpovědi získat, bude najít další černé díry s nízkou hmotností rozeseté po celé galaxii a na základě nalezených dat zjistit statistické údaje o různých způsobech vzniku černých děr.

„Budoucí spektroskopická a astrometrická pozorování,“ píší vědci, „mohou pomoci odhalit populaci dvojhvězd s nízkou hmotností černých děr s různými parametry a poskytnout hluboký pohled na vznik a vývoj dvojhvězdných systémů.“

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: nature.com, space.com