Prima gaură neagră descoperită este mai masivă decât se credea

Reprezentare artistică a sistemului binar Cygnus X-1. Foto Credit: International Centre for Radio Astronomy Research, Australia

Noi observații ale primei găuri negre descoperite i-a făcut pe astronomi să se întrebe ce știu de fapt despre aceste extrem de misterioase obiecte din Univers.

Lucrarea publicată în revista Science arată că sistemul binar Cygnus X-1 conține cea mai masivă gaură neagră stelară detectată vreodată prin alte metode decât undele gravitaționale.

Gaura neagră din Cygnus X-1 este printre cele mai apropiate de Pământ. A fost descoperită în 1964 de o pereche de detectoare Geiger aflate la bordul unei rachete sub-orbitale lansate din New Mexico.

Obiectul a fost în 1974 subiectul unui faimos pariu științific între fizicienii Stephen Hawking și Kip Thorne. Hawking a pariat că nu este o gaură neagră și și-a recunoscut ulterior înfrângerea în 1990.

În articol, o echipă internațională de astronomi a folosit rețeaua de radiotelescoape VLBA-Very Long Baseline Array (10 antene parabolice răspândite pe întreaga suprafață a Statelor Unit ale Americii) și o tehnică inteligentă pentru a măsura distanțele în spațiu.

“Dacă vedem un obiect din diferite poziții putem să calculăm distanța până la el măsurând cât de mult pare că s-a deplasat față de fundal”, spune autorul principal, prof. James Miller-Jones de la Universitatea Curtin si Centrul Internațional pentru Cercetare în Radioastronomie (ICRAR) din Australia.

“Dacă ținem un deget în fața ochilor și ne uităm la el cu un singur ochi, alternativ, degetul pare că se deplasează. Este exact același principiu.”

Timp de șase zile în 2016 cercetătorii au observat o orbită întreagă a găurii negre și au folosit de asemenea observații mai vechi, făcute în 2009-2010. “Această metodă și noile date arată că sistemul binar Cygnus X-1 este mai departe decât se credea, iar gaura neagră este mai masivă.”, declară prof. James Miller-Jones.

Prof. Ilya Mandel de la Universitatea Monash si Centrul ARC pentru Excelență în Descoperirea Undelor Gravitaționale (OzGrav) din Australia conchide că această gaura neagră este atât de masivă încât pune la încercare teoriile astronomilor despre cum s-au format astfel de obiecte.

“Stelele pierd masă în mediul înconjurător prin asa-numitul vânt stelar care bate dinspre suprafața lor. Dar ca să se poată forma o gaură neagră cu o masă atât de mare este nevoie ca stelele să piardă o cantitate de materie relativ redusă de-a lungul vieții lor”, spune el.

“Gaura neagră din sistemul binar Cygnus X-1 a fost întâi o stea cu masa de aproximativ 60 de ori mai mare decât cea a Soarelui, apoi a colapsat cu zeci de mii de ani în urmă”, continua el. “Acum gaura neagră și steaua companion, o super-gigantă, au o orbită cu o perioadă de doar cinci zile și jumătate și o distanță între ele de aproape o cincime din distanța dintre Pamânt și Soare. Conform noilor observații gaura neagră este de peste 20 de ori mai masivă decât Soarele, cu aproape 50% mai mult decât se credea până acum.”

Xueshan Zhao, studentă doctorală la Observatorul Astronomic Național al Academiei Chineze de Științe din Beijing, spune despre rezultate: “Folosind noile informații despre masa găurii negre și distanța față de Pământ am putut confirma că acest obiect compact se rotește în jurul axei proprii incredibil de rapid, cu o viteză apropiată de cea a luminii, mai rapid decât oricare altă gaură neagră descoperită până acum.”

“Sunt la începutul carierei în cercetare și apartenența la o echipă internațională și contribuția la îmbunătățirea proprietăților cunoscute ale primei găuri negre descoperite au constituit o mare oportunitate pentru mine”, continuă ea.

Anul următor va începe în Australia și Africa de Sud construcția celui mai mare radiotelescop din lume, Square Kilometre Array (SKA).

“Studiul găurilor negre este o tentativă de a afla unele dintre cele mai bine păstrate secrete ale Universului; este pe cât de dificil, pe atât de incitant”, concluzionează prof. Miller-Jones.

„Pe măsură ce noua generație de radiotelescoape devine utilizabilă, sensibilitatea crescută a acestora va arăta Universul în detalii mai fine răsplătind astfel zeci de ani de eforturi depuse de cercetători și ingineri din toată lumea în încercarea lor de a înțelege mai bine cosmosul și obiectele exotice ori extreme care îl populează.

Este o perioadă foarte bună pentru astronomi.”

Pe lângă articolul din Science, două alte studii axate pe anumite detalii au fost publicate în revista The Astrophysical Journal.

Publicația originală
“Cygnus X-1 contains a 21-solar mass black hole – implications for massive star winds”, Science, 18 Februarie 2021
https://science.sciencemag.org/content/early/2021/02/17/science.abb3363

Articole companion
“Re-estimating the spin parameter of the black hole in Cygnus X-1”, 2021, The Astrophysical Journal, 908, 117
“Wind mass-loss rates of stripped stars inferred from Cygnus X-1”, 2021, The Astrophysical Journal, 908, 118

Persoană de contact (ISS): Dr. Fiz. Valeriu Tudose <tudose@spacescience[dot]ro>

Galerie foto:

Animație


Sistemul Cygnus X-1 format dintr-o gaură neagră stelară și o stea companion gigantă. Observații recente făcute cu radiotelescoape au arătat că sistemul este cu 20% mai departe decât se credea. Gaura neagră din sistem are prin urmare o masă de 21 de ori mai mare decât Soarele, fiind astfel cea mai masivă gaură neagră stelară detectată până acum prin alte mijloace decât undele gravitaționale. Credit: International Centre for Radio Astronomy Research, Australia

This post is also available in: Engleză