W ostatnim listopadowym wydaniu renomowanego czasopisma „Nature” ukazał się artykuł grupy uczonych z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego Chin, kierowanej przez prof. Liu Jifenga. Chińczycy donoszą w nim, że udało im się odkryć gwiazdową czarną dziurę o masie 70 mas naszego Słońca. To zdumiało badaczy nieba na całym świecie, ponieważ do tej pory uznawano, że gwiazdowe czarne dziury Mlecznej Drogi miewają masy od kilku do kilkunastu mas Słońca. Uważano, że czarnych dziur bardziej masywnych niż 20 Słońc w naszym lokalnym Kosmosie nie ma. Tymczasem... są. Czarna dziura oznaczona symbolem LB-1 znajduje się w odległości zaledwie 15 tys. lat świetlnych od nas i okazuje się monstrualna.
Czytaj także: Tak widzimy Wszechświat: kilka słów o kosmologii obserwacyjnej
Czy to na pewno jedna czarna dziura?
Komentujący to odkrycie uczeni spekulują, że być może mamy tu do czynienia nie z jedną czarną dziurą – niezwykle masywną – lecz z dwiema pozostającymi w bliskim układzie podwójnym. Z naszej perspektywy i odległości wydaje się, że jest to obiekt pojedynczy, tymczasem może być złożony z dwóch czarnych dziur okrążających się po bardzo ciasnych orbitach. O tym, że czarne dziury mogą pozostawać w takiej bliskości, a nawet zderzać się – wiemy na pewno.
Innym wytłumaczeniem jest powołanie się na hipotezę istnienia tzw. supernowych „odwrotnych” (fallback supernova), w których po wybuchu kształtującym czarną dziurę odrzucona w przestrzeń materia wraca z powrotem do punktu wyjścia, czyli do czarnej dziury.
Czytaj także: Badacze kosmosu odkryli najpotężniejszą czarną dziurę we Wszechświecie
Jak powstają czarne dziury
Gwiazdowe czarne dziury powstają zawsze w wyniku wybuchów gwiazd supernowych. Gdy duża gwiazda wypali cały swój wodór, następuje załamanie równowagi między jej ciśnieniem wytwarzanym w reakcjach termojądrowych a grawitacją. W pewnym momencie grawitacja bierze górę i cała gwiazda zaczyna zapadać się do swojego centrum. Doznaje kolapsu grawitacyjnego. Ogromne masy gwiazdy odbijają się od jej jądra i następuje wybuch, zwany supernową właśnie. Pozostaje po nim czarna dziura – jeśli gwiazda miała co najmniej 20 mas Słońca, lub gwiazda neutronowa – jeśli gwiazda była miej masywna. W hipotezie fallback te odrzucone masy nie rozpierzchają się jednak w przestrzeni, tylko wracają do czarnej dziury. Dlatego może ona posiąść ogromną masę. Istnienie takich obiektów jest jedynie przewidywane teoretycznie. Jeszcze nigdy astronomowie nie odkryli supernowej odwrotnej. Być może to jest ten pierwszy raz.
Gwiazdowe czarne dziury są generalnie raczej „niewielkie” w porównaniu z innymi czarnymi dziurami. Nawet 70 Słońc to nic w porównaniu z masami tzw. supermasywnych czarnych dziur, które znajdują się w centrach niemal wszystkich obserwowanych przez nas galaktyk. Te miewają masy od milionów do miliardów mas naszej gwiazdy. Najpotężniejsze z nich to trudno wyobrażalne obiekty o masach kilkunastu miliardów Słońc!
Niedawno, na początku tego roku, udało się uzyskać pierwszy w historii obraz czarnej dziury – leżącej w centrum galaktyki Messier 87 (Panna A). Ma ona masę 6,5 miliarda Słońc. Do dzisiaj zagadką pozostaje geneza centralnych supermasywnych czarnych dziur – czy powstają one w chwili zapaści pierwotnego protogalaktycznego dysku, czy już później z łączenia się wielu mniejszych czarnych dziur.
Istnieją też czarne dziury o masach pośrednich. Ich istnieniem wyjaśnia się naturę obiektów zwanych ULX lub HLX, czyli ultrajasnych lub hiperjasnych źródeł rentgenowskich. Są to obiekty bardzo ciemne i trudne do obserwacji, które emitują jednak ogromne dawki promieniowania rentgenowskiego, często w cyklicznych maksimach. Odkryto je w latach 80 XX w. Dzisiaj powszechnie uznaje się je za pośrednie ogniwo między gwiazdowymi a supermasywnymi czarnymi dziurami. Mają masy od kilkuset do kilkuset tysięcy mas Słońca. Też nie wiadomo, jak się tworzą.
Czytaj także: Coraz więcej czarnych dziur na niebie
Kolejna zagadka do rozwiązania
Teraz mamy rekordowo masywną gwiazdową czarną dziurę LB-1, i to w naszej Galaktyce, a jej istnienie każe zrewidować dotychczasowe poglądy określające limity mas dla tych obiektów. Jeśli rzeczywiście gwiazdowe czarne dziury mogą mieć kilkadziesiąt mas Słońca, mamy kolejną zagadkę do rozwiązania, a mianowicie: jak one powstają. Czy z gigantycznych, ale bardzo rzadkich gwiazd cięższych od Słońca o 200 lub nawet 300 razy – a wiadomo, że tak masywne gwiazdy istnieją – czy w jakiś inny sposób? To pytanie z pewnością jeszcze nie raz do nas powróci.