Η βαρύτερη μαύρη τρύπα του Γαλαξία μας που σχηματίστηκε από ένα αστέρι βρίσκεται μόλις 2.000 έτη φωτός μακριά
Το αόρατο βαρέων βαρών αντικείμενο: Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν την ισχυρότερη μαύρη τρύπα που σχηματίστηκε από αστέρι στον Γαλαξία μας. Με περίπου 33 ηλιακές μάζες, το αντικείμενο που ονομάστηκε BH3 είναι τρεις φορές βαρύτερο από τις περισσότερες άλλες αστρικές μαύρες τρύπες. Ο νέος κάτοχος του ρεκόρ απέχει επίσης μόλις περίπου 2.000 έτη φωτός από εμάς, γεγονός που την καθιστά τη δεύτερη κοντινότερη μαύρη τρύπα, όπως αναφέρει η ομάδα στο περιοδικό “Astronomy & Astrophysics”. Πώς μπορεί όμως να εξηγηθεί η μεγάλη μάζα αυτής;
Πόσο βαριά μπορεί να γίνει μια αστρική μαύρη τρύπα; Μέχρι στιγμής, το ερώτημα αυτό έχει απαντηθεί μόνο εν μέρει. Φαίνεται σαφές ότι τέτοια αντικείμενα σχηματίζονται όταν ένα παλιό, ογκώδες αστέρι εκρήγνυται σε ένα σουπερνόβα. Ωστόσο, τα πολύ βαριά αστέρια χάνουν και πάλι το μεγαλύτερο μέρος της μάζας τους καθώς γερνούν, επειδή οι ισχυροί αστρικοί άνεμοι στη συνέχεια αποσπούν υλικό στο διάστημα. Ακόμη και αστέρια με μάζα μεγαλύτερη από 30 ηλιακές μάζες παράγουν ως αποτέλεσμα μαύρες τρύπες με μάζα μικρότερη από 20 ηλιακές μάζες – σύμφωνα με προηγούμενες υποθέσεις.
Οι προηγούμενες παρατηρήσεις φάνηκε επίσης να ταιριάζουν με αυτό: “Όλες οι γνωστές αστρικές μαύρες τρύπες στον Γαλαξία μας έχουν συνήθως βάρος μικρότερο από δέκα ηλιακές μάζες”, εξηγούν οι αστρονόμοι της συνεργασίας Gaia με επικεφαλής τον Pasquale Panuzzo από το Αστεροσκοπείο του Παρισιού. Η μόνη εξαίρεση είναι ο Cygnus X-1, ένα διπλό σύστημα που αποτελείται από ένα τεράστιο αστέρι και μια αστρική μαύρη τρύπα με περίπου 20 ηλιακές μάζες.
Αστέρι σε τροχιά γύρω από κάτι αόρατο
Ωστόσο, ο Panuzzo και η ομάδα του ανακάλυψαν τώρα μια μαύρη τρύπα που είναι ακόμη βαρύτερη. Οι αστρονόμοι εντόπισαν το αντικείμενο, που ονομάστηκε BH3, ενώ ανέλυαν τα τελευταία δεδομένα από το ευρωπαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο Gaia – στην πραγματικότητα έψαχναν για άλλα διπλά αστρικά συστήματα. Παρατήρησαν ένα άστρο σε απόσταση περίπου 2.000 ετών φωτός που συμπεριφερόταν σαν να βρισκόταν σε τροχιά γύρω από ένα άστρο-σύντροφο: Βρισκόταν σε ελλειπτική τροχιά που διαρκούσε περίπου 11,6 χρόνια.
Ωστόσο, ακόμη και μετά από ακριβέστερες αναλύσεις με τη χρήση φασματομέτρων υψηλής ανάλυσης του Πολύ Μεγάλου Τηλεσκοπίου (VLT) του Ευρωπαϊκού Νότιου Αστεροσκοπείου στη Χιλή, δεν μπόρεσαν να διακρίνουν τίποτα για τον σύντροφο αυτού του άστρου. “Τα φάσματα δεν δείχνουν κανένα σημάδι της παρουσίας ενός δεύτερου συστατικού”, αναφέρουν ο Panuzzo και οι συνεργάτες του. Ωστόσο, το σχήμα της τροχιάς και η κίνηση του άστρου υποδηλώνουν ότι το άστρο πρέπει να περιφέρεται γύρω από ένα πολύ βαρύ αντικείμενο περίπου 33 ηλιακών μαζών.
Δεύτερη πλησιέστερη μαύρη τρύπα
Σύμφωνα με τους αστρονόμους, υπάρχει μόνο μία εξήγηση γι’ αυτό: το άστρο περιστρέφεται γύρω από μια ανενεργή και επομένως αόρατη μαύρη τρύπα. “Η μάζα είναι πολύ μεγάλη για ένα ή δύο αστέρια νετρονίων που βρίσκονται σε στενή τροχιά”, εξηγούν. Δύο στενά περιφερόμενες μαύρες τρύπες μικρότερης μάζας είναι επίσης μάλλον απίθανες λόγω των χαρακτηριστικών. Η απλούστερη και πιο προφανής εξήγηση είναι επομένως μια πολύ μεγάλης μάζας αστρική μαύρη τρύπα.
“Κανείς δεν περίμενε να βρει μια τεράστια μαύρη τρύπα που παραμονεύει σε κοντινή απόσταση και παρέμενε ανεξερεύνητη μέχρι τώρα”, λέει ο Panuzzo. “Μια τέτοια ανακάλυψη κάνεις μόνο μια φορά στη ζωή σου ως ερευνητής”. Σε απόσταση μόλις 2.000 ετών φωτός, η BH3 είναι η δεύτερη κοντινότερη μαύρη τρύπα στη Γη. Η πλησιέστερη σε εμάς, η BH1, εντοπίστηκε το 2022 και απέχει 1.560 έτη φωτός, αλλά είναι σημαντικά ελαφρύτερη.
Πιο βαριά από ό,τι επιτρέπει η θεωρία;
Ο καθοριστικός παράγοντας, ωστόσο: η BH3 είναι σχεδόν ανεξήγητα βαριά για μια αστρική μαύρη τρύπα. “Οι 33 ηλιακές μάζες καθιστούν την BH3 την πιο ογκώδη μαύρη τρύπα αστρικής προέλευσης που έχει ανακαλυφθεί ποτέ στον γαλαξία μας”, γράφουν οι αστρονόμοι. Μόνο λίγες εξωγαλαξιακές μαύρες τρύπες, τις οποίες οι αστρονόμοι έχουν “κρυφακούσει” να συγχωνεύονται με τη βοήθεια των βαρυτικών κυμάτων, είναι εξίσου βαριές. Και αυτές, επίσης, είναι σημαντικά βαρύτερες από τις κανονικές υπερκαινοφανείς που θεωρητικά σχηματίζονται.
Τα ασυνήθιστα χαρακτηριστικά αυτής της μαύρης τρύπας καθιστούν την BH3 ένα μοναδικό μέχρι σήμερα αντικείμενο δοκιμής. “Δεδομένης της μοναδικότητας της ανακάλυψης, κάναμε το εξαιρετικό βήμα της δημοσίευσης αυτής της εργασίας που βασίζεται σε προκαταρκτικά δεδομένα πριν από την επικείμενη δημοσίευση των δεδομένων του Gaia”, λέει η συν-συγγραφέας Elisabetta Caffau από το Αστεροσκοπείο του Παρισιού. Αυτό θα επιτρέψει σε άλλους αστρονόμους να μελετήσουν αυτή τη μαύρη τρύπα με περισσότερες λεπτομέρειες.
Η έλλειψη μετάλλων θα μπορούσε να δώσει μια εξήγηση
Το κεντρικό ερώτημα είναι πώς θα μπορούσε να σχηματιστεί εξ αρχής μια τέτοια βαριά μαύρη τρύπα. Οι αστρονόμοι μπορεί να έχουν βρει μια πρώτη ένδειξη γι’ αυτό στη σύνθεση του άστρου-συνεργάτη της BH3. “Οι αστρικές μαύρες τρύπες με περισσότερες από 30 ηλιακές μάζες μπορούν να συμβιβαστούν με τα μοντέλα της αστρικής εξέλιξης αν οι προκάτοχοί τους είναι ιδιαίτερα φτωχοί σε μέταλλα”, εξηγούν ο Panuzzo και η ομάδα του.
Τέτοια γιγάντια άστρα, που αποτελούνται σχεδόν αποκλειστικά από υδρογόνο και ήλιο, δημιουργούν μόνο έναν ασθενή αστρικό άνεμο και επομένως χάνουν λιγότερο υλικό πριν από τον υπερκαινοφανή τους. Στην πραγματικότητα, φασματικές αναλύσεις του άστρου-συνεργάτη του BH3 αποκάλυψαν ότι περιέχει μόνο λίγα βαρέα στοιχεία. “Αυτή η χαμηλή μεταλλικότητα υποστηρίζει το σενάριο σύμφωνα με το οποίο τέτοια άστρα φτωχά σε μέταλλα είναι οι πρόδρομοι των μαζικών αστρικών μαύρων τρυπών”, αναφέρουν οι αστρονόμοι. Περαιτέρω παρατηρήσεις θα δείξουν τώρα αν αυτό ισχύει.
