Dosad se samo pretpostavljalo da postoje, no sad je prvi put u uočena jedna od njih – lutajuća crna rupa zvezdane mase. Da stvar bude zanimljivija, otkrivena je u našoj galaksiji i verovatno je tek jedna od mnogih, poručuju naučnicinici.
Za astronome koji za crnim rupama tragaju ovo su uzbudljiva vremena kad njihov posao cveta. Najveće, supermasivne crne rupe koje mogu imati masu i milijardama puta veću od mase Sunca, pronađene su u središtima gotovo svake galaksije, a astronomi su uspeli, čak, predočiti jednu.U međuvremenu, sad već rutinski otkrivaju gravitacione talase koji putuju kroz svemir iz manjih crnih rupa što se spajaju. Bliže našem delu svemira, svedočili smo dramatičnom nebeskom vatrometu, koji nastaje kad se supermasivna crna rupa Mlečnog puta i njene manje rođake hrane oblacima gasa ili, čak, celim zvezdama. Međutim, nikada pre nisu videli dugo predviđani fenomen: usamljenu crnu rupu koja besciljno putuje svemirom.Tako je barem bilo dosada.
Vrh ledenog brega
Naučnici su upravo najavili prvo nedvosmisleno otkriće slobodno plutajuće crne rupe, lutalice u praznini na udaljenosti otprilike 5.000 svetlosnih godina od Zemlje. Istraživanje, koje se pojavilo 31. januara na naučnom repozitorijumu arXiv, ali još nije recenzirano, predstavlja kulminaciju više od desetleća gorljivog pretraživanja svemira.
„To je super uzbudljivo. Zapravo možemo dokazati da izdvoejene crne rupe postoje”, kaže autorka istraživanja Marina Rejkuba iz Evropske južne opservatorije u Nemačkoj. Ovo otkriće može biti tek početak, jer se očekuje da će tekuća istraživanja i nadolazeće misije pronaći još desetine ili čak stotine mračnih, usamljenih, putujućih crnih rupa. „To je vrh ledenog brega”, dodaje Karim El-Badri iz Harvard-Smitsonijen centra za astrofiziku, koji nije učestvovao u istraživanju.
Godine 1919. britanski astronom Artur Stenli Edington izveo je poznati eksperiment. Ajnštajnove teorije specijalne i opšte relativnosti ukazivale su da bi masivni objekti trebalo da uzrokuju udubljenje u prostor-vremenu, savijajući obližnje zrake svetlosti u procesu poznatom kao gravitacione leći. I to je to dokazao tokom potpunog pomračenja sunca, kada je sunčev odsjaj bio minimalan tako da su se mogle videti pozadinske zvezde koje se nalaze blizu njega na nebu. Koristeći tehniku poznatu kao astrometrija, pažljivo je zabeležio položaje ovih zvezda pre i tokom pomračenja, otkrivajući suptilnu promenu u njihovim prividnim lokacijama na nebu zbog svetlosti koju su odašiljale, a ona je bila izobličena značajnim gravitacionim privlačenjem naše zvezde.
U narednim decenijama naučnici su dokučili novu upotrebu ove tehnike. Zvezde čija je masa oko 20 puta veća od mase našeg Sunca trebalo na kraju svog života da formiraju crne rupe kad se njihova teška jezgra uruše pod vlastitom težinom nakon iscrpljivanja svojeg termonuklearnog goriva. Rođenje takve crne rupe zvezdane mase, sfere veličine grada koja sadrži masu i do desetine puta veću od Sunčeve mase, često je popraćeno sjajnom supernovom, ogromnih energija koje se oslobađaju urušavanjem jezgra.Sile mogu biti toliko velike da ponekad izbace novorođenu crnu rupu iz njene utrobe na beskrajnom međuzvezdano krstarenje. Male veličine tih crnih rupa i inherentna tama, trebalo bi da ih učine gotovo nemogućim za viđeti.
Edingtonov rad, međutim, ukazivao je da se te kosmičke izoptenice mogu pronaći posmatranjem njihovog učinka sočiva, obično otkrivajućeg prolaznog osvetljavanja bilo koje pozadinske zvezde preko kojih crne rupe lete u našem vidnom polju. Izgledi da se takav događaj primeti za bili su mali, ali s obzirom na to da se predviđa da milioni crnih rupa zvezdanih masa lebde kroz našu galaksiju. Postojala je mogućnost da bi se neke mogle pojaviti u dovoljno širokim i dubokim pregledima zvezdanog neba.
Nekoliko projekata sada traži ove i druge događaje kroz takozvamne kosmičke mikroleće, uključujući Optical Gravitation Lensing Experiment (OGLE),koji vodi univerzitet u Varšavi u Poljskoj i istraživanje Microlensing Observations in Astrophysics (MOA),koje vode naučnici sa Novog Zelanda i iz Japana. U maju 2011. ta dva istraživanja uočila su nešto značajno: zvezdu koja se iznenada posvetlila, udaljenu 20.000 svetlosnih godina prema gusto zbijenoj galaktičkoj izbočini u središtu Mlečnog puta. Da li bi to mogao biti događaj tzv. mikrolećenja iz lažne crne rupe? Astronomi su vodili trku da to otkriju.
I još jednom – Hubble
Među njima bio je Kailaš Sahu iz Naučnog instituta za svemirske teleskope u Baltimoru, vodeći autor istraživanja objavljenog u arXiv-u, u kojem su opisani detalji otkrića. Koristeći svemirski teleskop Hubble, on i kolege zumirali su zvezdu u roku od nekoliko sedmica nakon što se posvetlila, a zatim su joj se vraćali iznova i iznova tokom sledećih šest godina.Uspeli su potvrditi da je svetlost zvezde pojačana, ukazujući na prisutnost nevidljivog kosmičko sočiva, ali su otkrili nešto još važnije.
Prividni položaj zvezde u svemiru pomakao se za neznatnu količinu. Učinak je bio 1.000 puta manji od onoga što je Edington izmerio, kaže Sahu, i bio je blizu granica t eleskopovih mogućnosti. Nešto skriveno je pojačalo i izobličilo svetlost zvezde.Šta je bio najbolji kandidat za to? Nevidljiva crna rupa zezdane mase, 7,1 puta veća od mase našeg Sunca.
„Nije bilo druge mogućnosti osim crne rupe, kaže Sahu. Dve stvari su bile potrebne da se potvrdi da je to slučaj. Prvi kriterijum bio je da iz leće ne sme dolaziti svetlost”, dodaje Sahu, da bi se isključili prozaičniji objekti poput smeđih patuljaka (propalih zvezda). Drugi je bio da bi učinak povećanja trebalo trajati dugo, s obzirom na veličinu gravitacione sfere utjecaja crne rupe. Događaj u maju 2011, koji traje oko 300 dana, odgovarao je tome.
Kreće se velikom brzinom
Količina lećenja i skretanja svetlosti od zvijezde tada je omogućila Sahuu i saradnicima da odrede masu sumnjive crne rupe na nešto više od sedam solarnih masa. To je stavlja u središte onoga što astronomi očekuju u slučaju crnih rupa zvezdanih masa.
Tim je, takođe, mogao izračunati brzinu te crne rupe. Kreće se brzinom od oko 45 kilometara u sekundi. To je relativno brzo u u poređenju s obližnjim zvezdama, upravo ono što bi se očekivalo da je crna rupa dobila nakon izbacivanja iz umiruće masivne zvijezde. Nije jasno kada je ta crna rupa nastala, ali to može biti otprilike pre 100 miliona, kaže Sahu, ali naglašava da je to nemoguće tačno reći jer ne znaju gde događaj desio.
Masa ove crne rupe nudi dodatne dokaze da su ast rofizički modeli formiranja tačni i da se usamljene crne rupe mogu uzdići iz pepela posebno teških zvezdanih predaka. Moguće je, međutim, da se ove crne rupe mogu formirati u binarnim sistemima pre nego što postanu nomadi u kosmičkoj praznini.
Porieklo – nepoznato
No to za navedenu lutajuću crnu rupu jednostavno nije bilo moguće utvrditi. Ono što je sigurno jeste da će pronalaženje više izolovanih crnih rupa omogućiti istraživačima da detaljnije ispitaju i preciziraju te modele.
„Nikada nismo bili u mogućnosti proučavati usamljene crne rupe. Dakle, ovaj novi način njihovog pronalaženja i mogućnosti određivanja njihove mase je definitivno uzbudljiv. Formiraju li se drugačije? Da li je njihova masovna distribucija drugačija?” – ističe deo i dalje otvorenog niza pitanja o tim objektima Ferdžal Ozil sa Univerziteta Arizona.
Odgovori na takva pitanja mogli bi stići vrlo brzo. Teleskop Gaia Evropske svemirske agencije (ESA) trenutno preslikava položaje milijardi zvezda u Mlečnom putu. Godine 2025. naučnici na projektu objaviće podatke u vezi s tzv. lećenjem iz svojih posmatranja, za koje se očekuje da će sadržati dokaze za mnogo više usamljenih crnih rupa koje kruže našom galaksijom. „Podaci će biti sličnog ili boljeg kvaliteta od Hubble-ovih”, kaže Lukaš Viržikovski sa univerziteta u Varšavi, koautor navedene studije, koji Gaia-om takođe lovi lutajuće crne rupe. Predstojeći podaci, procenjuje, sadržavaće desetine dodatnih kandidata.
OpservatorijaVera C. Rubin u Čileu, koja bi sledeće godine trebalo da započne desetogodišnje istraživanje noćnog neba, takođe bi trebalo pridoneti boljem rodu odmetnutih crnih rupa, kao i Nasin svemirski teleskop Nancy Grace Roman, koji će u svemir biti lansiran 2027. godine.Zasad ovo tamno otkriće astronoma predviđa svetlu budućnost potrazi za tim objektima. Lažne crne rupe zvezdane mase, dugo predviđane, ali tek sada opservacijom potvrđene, mogle bi biti dovoljno česte u našoj galaksiji da podrže demografske studije o njihovoj populaciji. Određivanje njihovog obilja, mase i drugih svojstava moglo bi podupreti naše još nepotpune teorije zvezdane evolucije ili otkriti nove važne praznine u našem razumevanju.
„Čekali smo ovo otkriće mnogo, mnogo godina. To pokazuje da ova metoda deluje. Gravitaciono mikrolećenje je način da se pronađu izolovane crne rupe”, ističe Lukaš Viržikovski.
(Izvor Zimo)
