Astronomové objevili velkou skupinu hvězdných černých děr

Astronomové využívající data z Hubbleova vesmírného teleskopu HST nalezli důkazy přítomnosti několika desítek černých děr hvězdné velikosti, schovávajících se v kolabujícím jádru kulové hvězdokupy NGC 6397, v jedné z nejbližších kulových hvězdokup vzhledem k Zemi. Hvězdokupa NGC 6397 je od Země vzdálená 7 800 světelných roků a její poloha se promítá do jižního souhvězdí Oltáře.

Protože její jádro je velmi husté, označuje se jako hvězdokupa s kolabujícím jádrem. Je známá rovněž pod označením GCl 74. Její stáří bylo odhadnuto na 13,4 miliardy roků, což znamená, že se zformovala brzy po Velkém třesku.

Když se astronomové Eduardo Vitral a Gary Mamon z Institut d’Astrophysique de Paris pustili do studia kulové hvězdokupy NGC 6397, předpokládali objevení známek výskytu černé díry střední velikosti v jejím jádru.

K vyhledání tohoto extrémně vzácného objektu analyzovali polohy a rychlosti hvězd v této hvězdokupě. Využili dřívější odhady vlastních pohybů hvězd na základě snímků z HST a hodnoty vlastních pohybů stálic poskytnuté evropskou astrometrickou družicí Gaia. Na základě znalosti vzdálenosti k NGC 6397 astronomové mohli převést vlastní pohyby těchto hvězd na rychlosti.

„Naše analýzy napovídají, že dráhy hvězd jsou blízko nahodilých cest skrz kulovou hvězdokupu, spíše než aby byly systematicky kruhové nebo velmi protáhlé elipsy,“ říká Gary Mamon.

„Objevili jsme velmi jasné důkazy pro existenci neviditelné hmoty v hustých centrálních regionech hvězdokupy, avšak byli jsme překvapeni zjištěním, že tato mimořádná hmota nemá bodovou podobu, ale je rozšířená na několik procent velikosti hvězdokupy,“ dodává Eduardo Vitral.

Tato neviditelná složka by mohla být tvořena pozůstatky hmotných hvězd (bílí trpaslíci, neutronové hvězdy a černé díry), jejichž vnitřní oblasti zkolabovaly v důsledku jejich vlastní gravitace, jakmile u nich došlo k vyčerpání jaderného paliva.

Hvězdy postupně klesají do centra hvězdokupy v důsledku gravitačních interakcí s blízkými méně hmotnými hvězdami, což vede k menší míře koncentrace neviditelné hmoty.

Na základě teorie hvězdného vývoje astronomové usoudili, že převážná část nespatřených zhuštění je tvořeno černými děrami hvězdných velikostí, spíše než by se mělo jednat o bílé trpaslíky a neutronové hvězdy, které jsou příliš slabé na pozorování.

Prastarý hvězdný box drahokamů – kulová hvězdokupa NGC 6397 – se třpytí světlem stovek tisíc hvězd. Astronomové využili Hubbleův vesmírný teleskop NASA/ESA k odhadu vzdálenosti hvězdokupy na 7 800 světelných roků. Tato kulová hvězdokupa je jednou z nejbližších vzhledem k Zemi. Modré hvězdy v uskupení se již blíží ke konci svého života. Tyto stálice již spotřebovaly vodíkové palivo ve svém nitru, které jim umožňovalo svítit. Nyní ve svém jádru přeměňují na energii hélium, které se slučuje za mnohem vyšších teplot, a proto vypadají modře. Načervenalá záře pochází z rudých obřích hvězd, které již zkonzumovaly vodíkové palivo a nyní expandují, tj. zvětšují svoji velikost. Nesčetné množství malých bílých objektů představuje hvězdy podobné našemu Slunci. Snímek vznikl jako kompozice série pozorování uskutečněných od července 2004 do června 2005 pomocí kamery ACS (Advanced Camera for Surveys) na palubě HST.

„Naše studie je prvním zjištěním ke stanovení hmotnosti a rozsahu, jak může vypadat soubor černých děr v kolabujícím jádru kulové hvězdokupy,“ říká Eduardo Vitral.

„Naše analýzy by nebyly možné bez dat z Hubbleova teleskopu k vymezení vnitřních regionů hvězdokupy a bez dat z družice Gaia k vymezení tvaru oběžných drah hvězd, které pro změnu nepřímo vymezují rychlosti hvězd v popředí a v pozadí ve vnitřních regionech,“ doplňuje Gary Mamon.

Někteří astronomové rovněž odhadují, že černé díry v kulové hvězdokupě mohou postupně splývat. V takovém případě bychom na Zemi mohli detekovat gravitační vlny těchto srážek.

Článek byl publikován v časopisu Astronomy & Astrophysics. 

Zdroj: http://www.sci-news.com/astronomy/stellar-mass-black-holes-ngc-6397-09347.html a https://scitechdaily.com/unexpected-discovery-hubble-space-telescope-uncovers-concentration-of-small-black-holes/

autor: František Martinek