Vědci objevili „spící“ černou díru ležící mimo naši Galaxii

Tisková zpráva Evropské jižní observatoře (ESO2210, 18. července 2022)

„Našli jsme doslova jehlu v kupce sena,“ říká Tomer Shenar, který začal na studii pracovat na univerzitě KU Leuven v Belgii [1] a nyní je pracovníkem na pozici Marie-Curie Fellow při Amsterdam University v Nizozemí. I když byla v minulosti navržena řada podobných kandidátů na černé díry, členové tohoto týmu prohlašují, že se v tomto případě jedná o první „spící“ černou díru hvězdné hmotnosti mimo naši Galaxii, kterou se podařilo jednoznačně detekovat.

Černé díry hvězdné hmotnosti vznikají v závěrečné fázi vývoje hmotných hvězd při kolapsu způsobeném vlastní gravitací. V binárních systémech, kde dvě hvězdy obíhají kolem sebe, je výsledkem tohoto procesu černá díra, kolem které obíhá zářivý hvězdný souputník. Pokud černá díra neprodukuje určité množství rentgenového záření, označujeme ji jako "spící", protože právě na základě pozorování v rentgenové oblasti astronomové černé díry většinou nachází. „Když si uvědomíme, jak početné by podle výpočtů tyto objekty měly být, je zarážející, že vlastně žádné spící černé díry neznáme,“ upozorňuje spoluautor práce Pablo Marchant (KU Leuven). Nově nalezená černá díra je přinejmenším 9krát hmotnější než Slunce a obíhá kolem horké modré hvězdy o hmotnosti 25 Sluncí.

Spící černé díry je velmi obtížné zachytit, jelikož jen slabě interagují se svým okolím. „Binární hvězdné systémy s černou dírou hledáme již více než dva roky,“ říká spoluautorka Julia Bodensteiner (vědecká asistentka ESO, Německo). „Byla jsem nadšena, když jsem uslyšela o objektu VFTS 243, který je, podle mého názoru, nejpřesvědčivějším kandidátem, jakého dosud známe.“ [2]

Aby vědci odhalili systém VFTS 243, prohledali v rámci této spolupráce přes 1000 hvězd v mlhovině Tarantule, která se nachází ve Velkém Magellanově oblaku. Pátrali po hvězdách, které by mohly mít společníka v podobě černé díry. Prokázat, že se skutečně jedná o černou díru, je však extrémně obtížné, protože existuje mnoho alternativních vysvětlení výsledků pozorování.

„Jako vědec, který v posledních letech zpochybnil několik slibných kandidátů, jsem byl extrémně skeptický také ohledně tohoto objevu,“ přiznává Tomer Shenar. A podobného názoru byl také spoluautor práce Kareem El-Badry (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, USA). „Když mě Tomer požádal, abych nezávisle zkontroloval jeho závěry, měl jsem své pochybnosti. Ale nepodařilo se mi pro tato data najít přijatelné vysvětlení, které by neobsahovalo černou díru,“ vysvětluje Kareem El-Badry.

Objev rovněž nabídl členům týmu unikátní pohled na procesy, které doprovázejí zrod černých děr. Astronomové se domnívají, že černé díry hvězdné hmotnosti se tvoří při kolapsu jádra zanikající hmotné hvězdy, ale stále není jisté, zda je tento proces (vždy) doprovázen explozí supernovy.

„Zdá se, že hvězda, ze které vznikla černá díra VFTS 243, úplně zkolabovala zcela bez známek předchozí exploze,“ upozorňuje Tomer Shenar. „Důkazy pro tento scénář s přímým kolapsem se objevily zcela nedávno, ale naše studie zřejmě přináší zatím nejlepší přímé indicie. A z toho plynou dalekosáhlé závěry pro vysvětlení původu splynutí černých děr, která ve vesmíru pozorujeme.“

Černá díra VFTS 243 byla objevena s použitím šesti let pozorování mlhoviny Tarantule pomocí spektrografu FLAMES (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph), který pracuje na dalekohledu ESO/VLT (Very Large Telescope) [3]. 

Přestože si tento tým v minulosti vysloužil přezdívku „black hole police“, jeho členové aktivně podporují kontrolu své práce, která byla publikována v časopise Nature Astronomy. Doufají také, že získané výsledky v budoucnu umožní objevit další černé díry hvězdné hmotnosti obíhající kolem hmotných hvězd, protože v naší Galaxii a Velkém i Malém Magellanově oblaku by podle odhadů měly takových objektů existovat tisíce.  

„Samozřejmě očekávám, že další experti v oboru pečlivě prověří naši analýzu a pokusí se nabídnout alternativní modely,“ dodává Kareem El-Badry. „Je velmi vzrušující účastnit se tohoto projektu.“

Poznámky

[1] Pracoval v týmu, který vedl Hugues Sana (KU Leuven’s Institute of Astronomy)

[2] Samostatná studie autorů Laurent Mahy a kol., na které se podílela řada stejných spoluautorů, byla přijata k publikaci v Astronomy & Astrophysics. Oznamuje objev dalšího slibného kandidáta na hvězdnou černou díru v systému HD 130298 ležícím v naší Galaxii. 

[3] Pozorování použitá v této studii pokrývají šest let. Skládají se z dat pořízených v rámci  VLT FLAMES Tarantula Survey (přehlídka mlhoviny Tarantula dalekohledem VLT a spektrografem FLAMES, kterou mezi lety 2008 a 2009 vedl Chris Evans, United Kingdom Astronomy Technology Centre, STFC, Royal Observatory, Edinburgh; nyní European Space Agency ESA). Další data pocházejí z projektu Tarantula Massive Binary Monitoring programme (program monitorování hmotných dvojhvězd v mlhovině Tarantula, který vedl Hugues Sana, KU Leuven) a byla pořízena mezi lety 2012 a 2014.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku s názvem „An X-ray quiet black hole born with a negligible kick in a massive binary of the Large Magellanic Cloud”, který byl zveřejněn v časopise Nature Astronomy (doi: 10.1038/s41550-022-01730-y).

Výzkum, který přinesl tyto výsledky, obdržel podporu Evropské vědecké rady (European Research Council) v rámci programu Evropské unie pro výzkum a inovace Horizont 2020 (grantová smlouva 772225: MULTIPLES) (PI: Sana).

Složení týmu: T. Shenar (Institute of Astronomy, KU Leuven, Belgium [KU Leuven]; Anton Pannekoek Institute for Astronomy, University of Amsterdam, Amsterdam, Nizozemí [API]), H. Sana (KU Leuven), L. Mahy (Royal Observatory of Belgium, Brussels, Belgie), K. El-Badry (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, USA [CfA]; Harvard Society of Fellows, Cambridge, USA; Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Německo [MPIA]), P. Marchant (KU Leuven), N. Langer (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Německo, Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Německo [MPIfR]), C. Hawcroft (KU Leuven), M. Fabry (KU Leuven), K. Sen (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Germany,  MPIfR), L. A. Almeida (Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brazílie; Universidade do Estado do Rio Grande do Norte, Mossoró, Brazílie), M. Abdul-Masih (ESO, Santiago, Chile), J. Bodensteiner (ESO, Garching, Německo), P. Crowther (Department of Physics & Astronomy, University of Sheffield, UK), M. Gieles (ICREA, Barcelona, Španělsko; Institut de Ciències del Cosmos, Universitat de Barcelona, Barcelona, Španělsko), M. Gromadzki (Astronomical Observatory, University of Warsaw, Polsko [Warsaw]), V. Henault-Brunet (Department of Astronomy and Physics, Saint Mary’s University, Halifax, Kanada), A. Herrero (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Španělsko [IAC]; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Španělsko [IAC-ULL]), A. de Koter (KU Leuven, API), P. Iwanek (Warsaw), S. Kozłowski (Warsaw), D. J. Lennon (IAC, IAC-ULL), J. Maíz Apellániz (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Španělsko), P. Mróz (Warsaw), A. F. J. Moffat (Department of Physics and Institute for Research on Exoplanets, Université de Montréal, Kanada), A. Picco (KU Leuven), P. Pietrukowicz (Warsaw), R. Poleski (Warsaw), K. Rybicki (Warsaw and Department of Particle Physics and Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Izrael), F. R. N. Schneider (Heidelberg Institute for Theoretical Studies, Heidelberg, Německo [HITS]; Astronomisches Rechen-Institut, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Heidelberg, Německo), D. M. Skowron (Warsaw), J. Skowron (Warsaw), I. Soszyński (Warsaw), M. K. Szymański (Warsaw), S. Toonen (API), A. Udalski (Warsaw), K. Ulaczyk (Department of Physics, University of Warwick, UK), J. S. Vink (Armagh Observatory & Planetarium, UK) a M. Wrona (Warsaw).

Evropská jižní observatoř (ESO) umožňuje vědcům z celého světa objevovat tajemství vesmíru ku prospěchu všech. Navrhujeme, stavíme a provozujeme pozemní observatoře světové úrovně, které astronomové využívají k řešení vzrušujících otázek a šíření fascinace astronomií. Podporujeme mezinárodní spolupráci v astronomii. ESO byla založena jako mezivládní organizace v roce 1962 a dnes ji tvoří 16 členských států – Belgie, Česko, Dánsko, Finsko, Francie, Irsko, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie – a dvojice strategických partnerů – Chile, která hostí všechny observatoře ESO, a Austrálie. Ústředí ESO, návštěvnické centrum a planetárium ESO Supernova se nachází v blízkosti Mnichova v Německu, zatímco chilská poušť Atacama, úžasné místo s jedinečnými podmínkami pro pozorování oblohy, hostí naše dalekohledy. ESO provozuje tři observatoře: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na hoře Paranal jsou to dalekohled VLT (Very Large Telescope) a interferometr VLTI (Very Large Telescope Interferometer), stejně jako dva přehlídkové teleskopy – VISTA pracující v infračervené oblasti a VST (VLT Survey Telescope) pro viditelné světlo. Na Observatoři Paranal bude ESO také hostit a provozovat pole teleskopů CTAS (Cherenkov Telesope Array South) pro detekci Čerenkovova záření v atmosféře – největší a nejcitlivější observatoř gama záření na světě. Společně s mezinárodními partnery provozuje ESO teleskopy pro milimetrovou a submilimetrovou oblast APEX a ALMA pracující na planině Chajnantor. Na hoře Cerro Armazones poblíž Paranalu stavíme nový dalekohled ELT (Extrémně velký dalekohled, Extremly Large Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 m, který se stane „největším okem lidstva hledícím do vesmíru“. Z našich kanceláří v Santiagu řídíme naši činnost v Chile a spolupráci s místními partnery a veřejností.

Odkazy

• vědecký článek
• snímky dalekohledu VLT
• pro novináře: tiskové zprávy pod embargem ve vašem jazyce (REGISTRACE)
• pro vědce: váš článek v tiskové zprávě ESO

Kontakty

Petr Kabáth, národní kontakt, Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika, Email: eson-czech@eso.org

Jiří Srba, překlad, Email: srba@asu.cas.cz

Tomer Shenar, KU Leuven and University of Amsterdam, Leuven and Amsterdam, Belgium and The Netherlands, Email: t.shenar@uva.nl

Julia Bodensteiner, European Southern Observatory, Garching bei München, Germany, Tel.: +49-89-3200-6409, Email: julia.bodensteiner@eso.org

Kareem El-Badry, Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, USA, Email: kareem.el-badry@cfa.harvard.edu

Pablo Marchant, KU Leuven, Leuven, Belgium, Tel.: +32 16 33 05 47, Email: pablo.marchant@kuleuven.be

Hugues Sana, KU Leuven, Leuven, Belgium, Tel.: +32 479 50 46 73, Email: hugues.sana@kuleuven.be

Bárbara Ferreira, ESO Media Manager, Garching bei München, Germany, Tel.: +49 89 3200 6670, Mobil: +49 151 241 664 00, Email: press@eso.org

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tisková zpráva Evropské jižní observatoře (ESO2210, 18. července 2022)