S-a găsit cea mai apropiată gaură neagră?

La 1.500 de ani-lumină depărtare, un Unicorn dă târcoale unei stele. Nu este vorba despre animalul mitologic, ci despre una dintre cele mai misterioase regiuni din Univers, o gaură neagră.

Steaua V723 Mon se află în constelația Monoceros, la o distanță apreciabilă de sistemul nostru solar. V723 Mon este o gigantă roșie„Red giant stars”, astronomy.swin.edu.au de aproximativ 25 de ori mai mare decât Soarele, dar cu o masă aproximativ egală acestuia.

Până de curând, aceasta era clasificată ca stea binară eclipsantă. Oamenii de știință credeau că giganta roșie este însoțită de o altă stea, care se află în planul potrivit pentru ca, din perspectiva noastră, cele două stele să se eclipseze reciproc în timp ce orbitează același centru de masă al sistemului. 

Însă ea de-a doua stea nu poate fi observată decât prin mijloace indirecte. O cale este studierea fluctuației strălucirii stelei V 723 Mon produsă de eclipse. A două modalitate este reprezentată de observarea influenței gravitaționale pe care a doua stea o exercită asupra gigantei roșii. Astfel, din perspectiva Pământului, steaua V 723 Mon pare că se îndepărtează puțin și apoi se apropie, în timp ce se rotește în jurul baricentrului.

Un studiu recent„A Unicorn in Monoceros: the 3𝑀 dark companion to the bright, nearby red giant V723 Mon is a non-interacting, mass-gap black hole candidate”, arxiv.org (PDF) arată, însă, că giganta roșie s-ar putea să nu fie însoțită de o altă stea, ci de o gaură neagră pe care astronomii au botezat-o: Unicornul. Denumirea nu este întâmplătoare. Ea a fost aleasă atât datorită numelui constelației în care se află (Monoceros înseamnă unicorn în limba latină), dar și pentru a exprima raritatea unui astfel de sistem, așa cum afirmă ‪Tharindu Jayasinghe, astronom la Ohio State University și autorul principal al studiului care a descoperit potențiala gaură neagră. Iar dacă existența Unicornului ar fi confirmată, aceasta ar fi cea mai apropiată gaură neagră de Pământ descoperită până în prezent.

Reprezentare artistică a unui sistem format dintr-o stea și o gaură neagră de masă stelară. Foto: NASA

Interpretări noi ale unor date vechi

O echipă de astronomi de la Ohio State University condusă de Jayasinghe a utilizat datele oferite de-a lungul timpului de trei telescoape: All-Sky Automated Survey (ASAS), Kilodegree Extremely Little Telescope (KELT) și Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) pentru a analiza fluctuația strălucirii stelei V723 Mon în timpul eclipselor.

Concluzia la care au ajuns în urma analizării informațiilor oferite de cele trei telescoape a fost, însă, că altceva provoacă aceste variații ale strălucirii stelei. Cel mai probabil, spun aceștia, giganta roșie este deformată de influența gravitațională a unui corp mai masiv.

Jayasinghe și colaboratorii cred că steaua are o formă ovală, fiind deformată de atracția gravitațională a unui corp foarte compact, probabil o gaură neagră mică. Și cercetătorii s-au folosit tocmai de această influență gravitațională a companionului stelei pentru a afla cât de masiv este acest corp invizibil. Așa cum spuneam mai sus, din perspectiva noastră, steaua V723 Mon pare că se îndepărtează și apoi se apropie, în timp ce orbitează centrul de masă al sistemului. Cu cât companionul este mai masiv, cu atât oscilația stelei pe cer este mai pronunțată. Deci, studiind această mișcare a gigantei, astronomii au putut să-și dea seama că obiectul invizibil trebuie să fie cam de trei ori mai masiv decât giganta roșie.

Găurile negre stelare sunt produse în urma morții unor stele mult mai masive decât Soarele. Dar, așa cum este înțeles acest fenomen în prezent, gaura neagră rezultată dintr-un astfel de eveniment ar trebui să fie de cel puțin cinci ori mai masivă decât Soarele. Deci, o gaură neagră de doar trei ori masa Soarelui este puțin ciudată. „Este clar că natura face găuri negre cu o gamă largă de mase. Dar o gaură neagră de trei ori mai masivă ca Soarele este o mare surpriză. Nu există modele foarte bune pentru a explica existența unei astfel de găuri negre, dar sunt sigur că oamenii de știință vor lucra mai mult la asta acum”, spune Kris Stanek, profesor de astronomie la Ohio State University și coautor al studiului.

CITEȘTE ȘI: În căutarea vieții extraterestre

În același studiu, astronomii de la Ohio State University, precizează că, pe lângă gaura neagră, există și alte obiecte care ar putea produce aceste efecte. Un sistem format din două stele neutronice„Neutron Stars, Pulsars, and Magnetars – Introduction”, imagine.gsfc.nasa.gov ar fi capabil de aceeași influență gravitațională asupra gigantei roșii pe care o observăm în prezent. O altă posibilă explicație ar fi existența unui sistem format dintr-o stea neutronică și o pitică albă.„White Dwarfs”, imagine.gsfc.nasa.gov

Un studiu ulterior,„Tidal Effects on the Radial Velocities of V723 Mon: Additional Evidence for a Dark 3 M Companion”, arxiv.org (PDF) realizat de doi astronomi japonezi, a ajuns la aceeași concluzie ca și Jayasinghe și colaboratorii: steaua V723 Mon formează, cel mai probabil, un sistem cu o gaură neagră de trei ori mai masivă decât Soarele.

Este nevoie totuși de mai multe observații pentru a putea spune cu mai multă siguranță care este cu adevărat natura obiectului masiv și întunecat care deformează steaua V723 Mon.

Reprezentare artistică a unei găuri negre și a discului de materie care o înconjoară. Foto: NASA

Ce este o gaură neagră?

Gaura neagră este o regiune din Univers unde atracția gravitațională este atât de puternică încât nimic nu poate scăpa, nici măcar lumina, de unde și numele. 

În mijlocul unei găuri negre se află o singularitate,„Quanta: Black Hole Singularities Are as Inescapable as Expected”, quantamagazine.org un punct cu o densitate infinită și în care legile fizicii, așa cum le cunoaștem în prezent, încetează să mai funcționeze.

Având în vedere că gravitația atrage totul, din toate direcțiile, spre mijlocul găurii negre, aceasta are o formă sferică.„Horizon geometry for Kerr black holes with synchronised hair”, arxiv.org (PDF)

Dacă cercetătorii pot spune ce se petrece cu materia în apropierea unei găuri negre, odată ce aceasta trece de orizontul evenimentelor „Event Horizon”,  astronomy.swin.edu.au (punctul peste care începe călătoria fără întoarcere) nu se știe decât că aceasta devine parte din gaura neagră. Dar nu cunoaște nimeni care este natura materiei din interiorul găurii negre.

CITEȘTE ȘI: 6 lucruri din spațiu care pot să ne omoare

Rebecca Smethurst, astrofizician la Universitatea Oxford spune că „găurile negre există cu siguranță, dar din ce sunt făcute? Răspunsul scurt este că încă nu știm cu adevărat. Într-o stea neutronică, neutronii sunt comprimați la nivelul maxim pe care-l permite o structură cristalină, dar ce se întâmplă atunci când forțele care îi împiedică să fie striviți sunt depășite? Cel mai simplu răspuns este: materie. În forma sa cea mai densă, chiar dacă încă nu știm care este aceasta”.

Reprezentare artistică a unei găuri negre supermasive. Foto: NASA

Tipuri de găuri negre

Există mai multe feluri de găuri negre, clasificate în funcție de masa lor:

1. Găuri negre primordiale, cu mase mult sub cea a Soarelui. Orice obiect poate fi transformat într-o gaură neagră, cu condiția să fie comprimat destul de mult. Se crede că găurile negre primordiale ar fi apărut la puțin timp după Big Bang,„What Is the Big Bang?”,  spaceplace.nasa.gov în zone în care densitatea Universului era suficientă pentru a produce un colaps gravitational. Deocamdată, acestea rămân doar ipotetice, nefiind observate până în prezent.
2. Găuri negre de masă stelară. Sunt produse de colapsul gravitațional al nucleului unei stele mult mai massive decât Soarele. Acestea ajung de la câteva până la câteva zeci de mase solare.
3. Găuri negre supermasive. Încă nu există o explicație clară a felului în care se formează acestea. Găurile negre supermasive se găsesc în centrele celor mai multe galaxii. Și ajung de la câteva milioane până la miliarde de mase solare. Gaura neagră din centrul galaxiei noastre„Supermassive Black Hole Sagittarius A*”, nasa.gov este de patru milioane de ori mai masivă decât Soarele, în timp ce gaura neagră din centrul galaxiei M87 este de șase miliarde de ori mai masivă decât Soarele.
4. Găuri negre de masă intermediară. Așa cum sugerează și denumirea, au mase cuprinse între cele stelare și cele ale găurilor negre supermasive. În mai 2019, oamenii de știință au detectat o undă gravitațională produsă de contopirea a două găuri negre. Rezultatul acestei contopiri a fost o gaură neagră de 142 de mase solare. Era prima dată când se detecta în mod clar o gaură neagră intermediară.„The science of LSC research”, ligo.org