Podivné chování hvězdy prozradilo černou díru skrytou v nitru hvězdokupy

Astronomové využívající přístroj MUSE, který pracuje ve spojení s dalekohledem ESO/VLT na observatoři Paranal v Chile, objevili v nitru hvězdokupy NGC 3201 stálici s velmi podivným chováním. Zdá se, že obíhá kolem černé díry asi čtyřikrát hmotnější než Slunce, která by tak mohla být první neaktivní černou dírou nalezenou v kulové hvězdokupě a první objevenou na základě přímého pozorování gravitačního působení. Tento významný objev má zásadní dopad na naše chápání formování tohoto typu hvězdokup, černých děr a původu jevů doprovázených emisí gravitačních vln.

Kulové hvězdokupy jsou mohutnými sférickými uskupeními desetitisíců hvězd a vyskytují se ve většině galaxií. Patří k nejstarším známým systémům hvězd ve vesmíru a jejich vznik je datován do samotných počátků vývoje galaxií. V současnosti je v naší Galaxii známo více než 150 kulových hvězdokup.

Jedna z nich, nesoucí označení NGC 3201 a na obloze ležící v jižním souhvězdí Plachty (Vela), byla nedávno zkoumána s použitím přístroje MUSE a dalekohledu ESO/VLT na observatoři Paranal v Chile. Mezinárodní vědecký tým objevil, že jedna z hvězd hlavní posloupnosti v závěrečném stádiu vývoje v této hvězdokupě se chová poněkud neobvykle – s periodou 167 dní se pohybuje směrem k nám a od nás rychlostí několik stovek tisíc kilometrů za hodinu.

Vedoucí autor článku Benjamin Giesers (Georg-August-Universität Göttingen, Německo) byl chováním hvězdy opravdu zaskočen: „Hvězda obíhá kolem něčeho, co je naprosto neviditelné a co přitom musí vážit čtyřikrát více než Slunce – takže to může být jedině černá díra! První černá díra, která byla objevena v kulové hvězdokupě přímým pozorováním jejího gravitačního působení.“

TIP:   Přípravy meziplanetární mise Hera jsou v plném proudu. O její (ne)realizaci rozhodnou ministři členských zemí ESA

Vztah mezi černými děrami a kulovými hvězdokupami je důležitý, ale dosud obestřený tajemstvím. Vzhledem k hmotnosti a značnému stáří těchto hvězdokup se předpokládá, že se v nich vytvořilo značné množství černých děr hvězdné hmotnosti – vznikaly během vývoje kupy následkem exploze a kolapsu v závěrečné fázi života hmotných hvězd.

Přístroj MUSE astronomům dává unikátní možnost měřit pohyby tisíců vzdálených hvězd najednou. Tímto objevem se týmu poprvé podařilo v srdci kulové hvězdokupy detekovat přítomnost neaktivní černé díry – tedy takové, která v současnosti nepohlcuje žádnou hmotu a není proto obklopena zářícím diskem plynu. Na základě měření pohybu hvězdy, která krouží kolem černé díry zachycená její enormní gravitací, byli vědci schopni odhadnout hmotnost černé díry.

Na základě pozorovaných vlastností hvězdy vědci určili, že se jedná o stálici o hmotnosti asi 0,8 Slunce. Hmotnost druhé tajemné složky tohoto systému pak určili na 4,36 hmotností Slunce – téměř jistě se tedy jedná o černou díru.

Nedávná pozorování rádiových a rentgenových zdrojů v kulových hvězdokupách, stejně jako zachycení gravitačních vln vytvořených při sloučení dvou černých děr o hvězdné hmotnosti, naznačují, že tyto relativně malé černé díry mohou být v kulových hvězdokupách mnohem početnější, než se dříve myslelo.

Benjamin Giesers dodává: „Do nedávné doby se předpokládalo, že téměř všechny černé díry by se z kulových hvězdokup měly rychle vytratit. Systém, jako je tento, by v podstatě neměl existovat! To však zřejmě není pravda – naše pozorování je první přímou detekcí gravitačního působení černé díry hvězdné hmotnosti v kulové hvězdokupě. Tento objev pomůže pochopit proces formování kulových hvězdokup a vývoje černých děr v binárních systémech – což je velmi důležité především v kontextu chápání zdrojů gravitačních vln.“

Zdroj: Vědecká tisková zpráva ESO, foto: ESO/L. Calçada/spaceengine.org, video: ESO. Doporučený odkaz: A detached stellar-mass black hole candidate in the globular cluster NGC 320