Habls nosver vientuļu melno caurumu
Publicēts: 20.06.2022
Astronomi lēš, ka starp Piena Ceļa zvaigznēm vientuļi klejo aptuveni 100 miljoni zvaigžņu masas melno caurumu, bet līdz šim nebija izdevies pārliecinoši identificēt nevienu šāda tipa melno caurumu. Pēc sešus gadus ilgiem, rūpīgiem novērojumiem ar Habla teleskopu, pirmo reizi ir izdevies iegūt pierādījumus šāda vientuļā melnā cauruma eksistencei, kā arī noteikt tā masu, kas ir revolucionārs sasniegums, jo līdz šim melno caurumu masa ir noteikta, balstoties uz statistikas datiem, vai arī novērojot tā ietekmi uz apkārtējiem objektiem dubultzvaigžņu sistēmās vai galaktiku centros.
Līdz šim visbiežāk zvaigžņu masas melnie caurumi ir konstatēti dubultzvaigžņu sistēmās. Savukārt supermasīvie - galaktiku kodolos. Tāds mīt arī Piena Ceļa galaktikā. Pavisam nesen tika publicēta mūsu galaktikas supermasīvā melnā cauruma fotogrāfija.
Jaunatrastais, vientuļi klīstošais zvaigžņu masas melnais caurums atrodas aptuveni 5000 gaismas gadu attālumā Ķīļa-Strēlnieka spirāles zarā. Modeļi liecina, ka Zemei tuvākais šāda tipa melnais caurums varētu būt aptuveni 80 gaismas gadu attālumā. Jāpiemin, ka tuvākā zvaigzne Saules sistēmai ir Centaura Proksima, kuru no Zemes šķir aptuveni 4 gaismas gadi.
Šādi brīvi klīstoši melnie caurumi ir dzimuši brīdī, kad mirst zvaigzne, kuras masa vismaz 20 reizes pārsniedz Saules masu. Šādas zvaigznes galaktikā nav pārāk daudz. Tiek lēsts, ka tā varētu būt 1/1000 no galaktikas zvaigžņu populācijas. Šīs zvaigznes evolūcija noslēdzas ar pārnovas sprādzienu, kura laikā ārējie zvaigznes slāņi tiek izkaisīti starpzvaigžņu telpā, bet centrālais kodols kolapsē un pārtop melnajā caurumā. Tā kā sprādziens nav simetrisks, ir iespējams, ka melnais caurums gluži kā lielgabala lode tiek "izšauts" galaktikas starpzvaigžņu vidē.
Šādu klīstošo melno caurumu nav iespējams nofotografēt, jo tas neizstaro nekādu gaismu. Tomēr tā tuvumā gravitācija deformē tālāku objektu izstaroto gaismu, to pastiprinot. To dēvē par gravitācijas mikrolēcošanu.
Uz Zemes esošie teleskopi, kas nodarbojas ar plašu debesu apgabalu novērošanu, analizē redzes laukā esošo zvaigžņu gaismu un meklē notikumus, kad kādas zvaigznes spožums pēkšņi palielinās, kas varētu liecināt par to, ka masīvs objekts ir nostājies starp Zemi un zvaigzni. Tad interesantākos no šiem notikumiem turpina pētīt ar Habla teleskopu.
Divas neatkarīgas zinātnieku grupas izmantoja Habla teleskopa iegūtos datus savos pētījumos. Lai arī iegūtie rezultāti nedaudz atšķiras, Kailaša Sahu un Keisijas Lemas vadītās pētnieku komandas ir vienisprātis, ka zvaigznei priekšā nostājies kompakts, masīvs objekts.
Priekšplānā esošā objekta spēcīgā gravitācija deformē tālāk esošā objekta gaismu, acumirklī pastiprinot šī tālākā objekta spožumu. Astronomi šo fenomenu dēvē par gravitācijas mikrolēcošanu un ar tā palīdzību pēta gan zvaigznes, gan citplanētas. Līdz šim Piena Ceļa galaktikā ir konstatēti aptuveni 30 000 šādu notikumu.
Melnā cauruma izraisītā mikrolēcošana atšķiras no citiem novērotajiem. Spēcīgā gravitācija "izstiepa" notikumu vairāk nekā 200 dienu garumā. Ja tālākajai zvaigznei priekšā būtu aizstājusies cita zvaigzne, varētu novērot objekta spektra izmaiņas, kombinējoties abu zvaigžņu starojumam. Melnā cauruma mikrolēcošanas gadījumā krāsu izmaiņas netika novērotas.
Ar Habla teleskopu tika noteikts leņķis par kādu tika noliekta tālāk esošās zvaigznes gaisma. Zvaigznes jaunā pozīcija no tās, kur tā atradās pirms tam, atšķīrās par aptuveni loka milisekundi. Šis mērījums palīdzēja Sahu komandai aprēķināt jaunatklātā melnā cauruma masu, kas varētu būt aptuveni septiņas reizes lielāks par Saules masu.
Lemas komandas aprēķini norāda par zemākas masas objektu, kas varētu būt 1,6 līdz 4,4 reizes masīvāks par Sauli. Zemākās masas gadījumā tā varētu izrādīties neitronu zvaigzne, bet lielākās - melnais caurums. Jebkurā gadījumā tā ir pirmā reize, kad ir izdevies atklāt kompaktu zvaigžņu evolūcijas atlieku vientuļi pārvietojamies pa galaktiku.
Mērījumus apgrūtināja netālu esošas spožas zvaigznes gaisma. Sahu to salīdzināja ar mēģinājumu izmērīt jāņtārpiņa kustību spožas lampas tuvumā. Lai varētu izmērīt palielinātās zvaigznes gaismas noliekšanās leņķi, vajadzēja rūpīgi nošķirt tās gaismu no spožās zvaigznes, kas redzeslaukā atradās ļoti tuvu.
Sahu komandai izdevās izskaitļot, ka vientuļais melnais caurums pārvietojas pa galaktiku ar ātrumu 160 000 km/h. Ar tādu ātrumu no Zemes līdz Mēnesim varētu aizlidot mazāk kā 3 studu laikā. Tas ir ātrāk nekā pārvietojas lielākā daļa zvaigžņu šajā galaktikas apgabalā.
Mikrolēcošana šobrīd ir vienīgais veids, kā konstatēt šādus vientuļi klejojošus melnos caurumus. Šajā gadījumā kompaktais objekts, pastiprināja aptuveni 19 000 gaismas gadu attālas zvaigznes gaismu. Zvaigznes pastiprinātā spožuma periods ilga 270 dienas.
Zvaigžņu masas melnie caurumi ir zināmi kopš 1970.gadiem, bet līdz šim masu bija izdevies aprēķināt tikai tādiem, kas atrodas dubultzvaigžņu sistēmās, kad gāze no otra objekta krīt melnā cauruma virzienā un akrēcijas diskā tiek sakarsēta tik ļoti, ka sāk spīdēt rentgenstaru diapazonā. Šīs sistēmas tiek dēvētas par rentgenstaru dubultzvaigžņu sistēmām. Masa šādās sistēmās ir noteikta dažiem desmitiem melno caurumu. Tā 5 līdz 20 reizes pārsniedz Saules masu. Mūsdienās jau vairākiem melnajiem caurumiem ārpus mūsu galaktikas ir izdevies noteikt masu, izmantojot gravitācijas viļņu metodi.
Sahu cer, ka izdosies atklāt vēl kādu šādu brīvi klīstošu melno caurumu, lai papildinātu zināšanas par šo melno caurumu populācijas daļu. Tomēr tas ir kā meklēt adatu siena kaudzē, jo modeļi paredz, ka tikai viens no dažiem simtiem mikrolēcošanas notikumu ir saistīts ar melnajiem caurumiem.
The Hubble Space Telescope
Komentāri
