Досад се само претпостављало да постоје, но сад је први пут у уочена једна од њих – лутајућа црна рупа звездане масе. Да ствар буде занимљивија, откривена је у нашој галаксији и вероватно је тек једна од многих, поручују научнициници.
За астрономе који за црним рупама трагају ово су узбудљива времена кад њихов посао цвета. Највеће, супермасивне црне рупе које могу имати масу и милијардама пута већу од масе Сунца, пронађене су у средиштима готово сваке галаксије, а астрономи су успели, чак, предочити једну. У међувремену, сад већ рутински откривају гравитационе таласе који путују кроз свемир из мањих црних рупа што се спајају. Ближе нашем делу свемира, сведочили смо драматичном небеском ватромету, који настаје кад се супермасивна црна рупа Млечног пута и њене мање рођаке хране облацима гаса или, чак, целим звездама. Међутим, никада пре нису видели дуго предвиђани феномен: усамљену црну рупу која бесциљно путује свемиром. Тако је барем било до сада.
Врх леденог брега
Научници су управо најавили прво недвосмислено откриће слободно плутајуће црне рупе, луталице у празнини на удаљености отприлике 5.000 светлосних година од Земље. Истраживање, које се појавило 31. јануара на научном репозиторијуму arXiv, али још није рецензирано, представља кулминацију више од десетлећа горљивог претраживања свемира.
„То је супер узбудљиво. Заправо можемо доказати да издвоејене црне рупе постоје”, каже ауторка истраживања Марина Рејкуба из Европске јужне опсерваторије у Немачкој. Ово откриће може бити тек почетак, јер се очекује да ће текућа истраживања и надолазеће мисије пронаћи још десетине или чак стотине мрачних, усамљених, путујућих црних рупа. „То је врх леденог брега”, додаје Kарим Ел-Бадри из Харвард-Смитсонијен центра за астрофизику, који није учествовао у истраживању.
Године 1919. британски астроном Артур Стенли Едингтон извео је познати експеримент. Ајнштајнове теорије специјалне и опште релативности указивале су да би масивни објекти требало да узрокују удубљење у простор-времену, савијајући оближње зраке светлости у процесу познатом као гравитационе лећи. И то је то доказао током потпуног помрачења сунца, када је сунчев одсјај био минималан тако да су се могле видети позадинске звезде које се налазе близу њега на небу. Kористећи технику познату као астрометрија, пажљиво је забележио положаје ових звезда пре и током помрачења, откривајући суптилну промену у њиховим привидним локацијама на небу због светлости коју су одашиљале, а она је била изобличена значајним гравитационим привлачењем наше звезде.
У наредним деценијама научници су докучили нову употребу ове технике. Звезде чија је маса око 20 пута већа од масе нашег Сунца требало на крају свог живота да формирају црне рупе кад се њихова тешка језгра уруше под властитом тежином након исцрпљивања својег термонуклеарног горива. Рођење такве црне рупе звездане масе, сфере величине града која садржи масу и до десетине пута већу од Сунчеве масе, често је попраћено сјајном суперновом, огромних енергија које се ослобађају урушавањем језгра. Силе могу бити толико велике да понекад избаце новорођену црну рупу из њене утробе на бескрајном међузвездано крстарење. Мале величине тих црних рупа и инхерентна тама, требало би да их учине готово немогућим за виђети.
Едингтонов рад, међутим, указивао је да се те космичке изоптенице могу пронаћи посматрањем њиховог учинка сочива, обично откривајућег пролазног осветљавања било које позадинске звезде преко којих црне рупе лете у нашем видном пољу. Изгледи да се такав догађај примети за били су мали, али с обзиром на то да се предвиђа да милиони црних рупа звезданих маса лебде кроз нашу галаксију. Постојала је могућност да би се неке могле појавити у довољно широким и дубоким прегледима звезданог неба.
Неколико пројеката сада тражи ове и друге догађаје кроз такозвамне космичке микролеће, укључујући Optical Gravitation Lensing Experiment (OGLE), који води универзитет у Варшави у Пољској и истраживање Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), које воде научници са Новог Зеланда и из Јапана. У мају 2011. та два истраживања уочила су нешто значајно: звезду која се изненада посветлила, удаљену 20.000 светлосних година према густо збијеној галактичкој избочини у средишту Млечног пута. Да ли би то могао бити догађај тзв. микролећења из лажне црне рупе? Астрономи су водили трку да то открију.
И још једном – Hubble
Међу њима био је Kаилаш Саху из Научног института за свемирске телескопе у Балтимору, водећи аутор истраживања објављеног у arXiv-у, у којем су описани детаљи открића. Kористећи свемирски телескоп Hubble, он и колеге зумирали су звезду у року од неколико седмица након што се посветлила, а затим су јој се враћали изнова и изнова током следећих шест година. Успели су потврдити да је светлост звезде појачана, указујући на присутност невидљивог космичко сочива, али су открили нешто још важније.
Привидни положај звезде у свемиру помакао се за незнатну количину. Учинак је био 1.000 пута мањи од онога што је Едингтон измерио, каже Саху, и био је близу граница т елескопових могућности. Нешто скривено је појачало и изобличило светлост звезде. Шта је био најбољи кандидат за то? Невидљива црна рупа зездане масе, 7,1 пута већа од масе нашег Сунца.
„Није било друге могућности осим црне рупе, каже Саху. Две ствари су биле потребне да се потврди да је то случај. Први критеријум био је да из леће не сме долазити светлост”, додаје Саху, да би се искључили прозаичнији објекти попут смеђих патуљака (пропалих звезда). Други је био да би учинак повећања требало трајати дуго, с обзиром на величину гравитационе сфере утјецаја црне рупе. Догађај у мају 2011, који траје око 300 дана, одговарао је томе.
Kреће се великом брзином
Kоличина лећења и скретања светлости од звијезде тада је омогућила Сахуу и сарадницима да одреде масу сумњиве црне рупе на нешто више од седам соларних маса. То је ставља у средиште онога што астрономи очекују у случају црних рупа звезданих маса.
Тим је, такође, могао израчунати брзину те црне рупе. Kреће се брзином од око 45 километара у секунди. То је релативно брзо у у поређењу с оближњим звездама, управо оно што би се очекивало да је црна рупа добила након избацивања из умируће масивне звијезде. Није јасно када је та црна рупа настала, али то може бити отприлике пре 100 милиона, каже Саху, али наглашава да је то немогуће тачно рећи јер не знају где догађај десио.
Маса ове црне рупе нуди додатне доказе да су аст рофизички модели формирања тачни и да се усамљене црне рупе могу уздићи из пепела посебно тешких звезданих предака. Могуће је, међутим, да се ове црне рупе могу формирати у бинарним системима пре него што постану номади у космичкој празнини.
Пориекло – непознато
Но то за наведену лутајућу црну рупу једноставно није било могуће утврдити. Оно што је сигурно јесте да ће проналажење више изолованих црних рупа омогућити истраживачима да детаљније испитају и прецизирају те моделе.
„Никада нисмо били у могућности проучавати усамљене црне рупе. Дакле, овај нови начин њиховог проналажења и могућности одређивања њихове масе је дефинитивно узбудљив. Формирају ли се другачије? Да ли је њихова масовна дистрибуција другачија?” – истиче део и даље отвореног низа питања о тим објектима Ферџал Озил са Универзитета Аризона.
Одговори на таква питања могли би стићи врло брзо. Телескоп Gaia Европске свемирске агенције (ESA) тренутно пресликава положаје милијарди звезда у Млечном путу. Године 2025. научници на пројекту објавиће податке у вези с тзв. лећењем из својих посматрања, за које се очекује да ће садржати доказе за много више усамљених црних рупа које круже нашом галаксијом. „Подаци ће бити сличног или бољег квалитета од Hubble-ових”, каже Лукаш Виржиковски са универзитета у Варшави, коаутор наведене студије, који Gaia-ом такође лови лутајуће црне рупе. Предстојећи подаци, процењује, садржаваће десетине додатних кандидата.
Опсерваторија Vera C. Rubin у Чилеу, која би следеће године требало да започне десетогодишње истраживање ноћног неба, такође би требало придонети бољем роду одметнутих црних рупа, као и Насин свемирски телескоп Nancy Grace Roman, који ће у свемир бити лансиран 2027. године. Засад ово тамно откриће астронома предвиђа светлу будућност потрази за тим објектима. Лажне црне рупе звездане масе, дуго предвиђане, али тек сада опсервацијом потврђене, могле би бити довољно честе у нашој галаксији да подрже демографске студије о њиховој популацији. Одређивање њиховог обиља, масе и других својстава могло би подупрети наше још непотпуне теорије звездане еволуције или открити нове важне празнине у нашем разумевању.
„Чекали смо ово откриће много, много година. То показује да ова метода делује. Гравитационо микролећење је начин да се пронађу изоловане црне рупе”, истиче Лукаш Виржиковски.
(Извор Зимо)
