Prima gaură neagră descoperită vreodată este mai masivă decât se credea anterior

Prima gaură neagră descoperită încă mai are câteva surprize.

Noile observații ale perechii gaură neagră-stea numită Cygnus X-1 indică faptul că gaura neagră cântărește de aproximativ 21 de ori mai mult decât soarele – de aproape 1,5 ori mai greu decât estimările anterioare. Masa actualizată îi face pe astronomi să regândească modul în care unele stele care formează găuri negre evoluează. Pentru ca o gaură neagră de dimensiunea unei stele, sau stelar, atât de masivă să existe în Calea Lactee, steaua sa părinte trebuie să fi aruncat mai puțină masă prin vânturile stelare decât se aștepta, raportează cercetătorii online, 18 februarie, în Ştiinţă.

A ști cât de mult pierd stele de masă prin vânturile stelare de-a lungul vieții lor este important pentru a înțelege modul în care aceste stele își îmbogățesc împrejurimile cu elemente grele. Este, de asemenea, cheie pentru înțelegerea maselor și compozițiilor acelor stele atunci când explodează și lasă în urmă găuri negre.

Măsurarea actualizată a masei Cygnus X-1 este „o schimbare majoră față de un vechi favorit”, spune Tana Joseph, un astronom la Universitatea din Amsterdam, care nu este implicat în lucrare. Stephen Hawking a pariat celebrul fizicianul Kip Thorne că sistemul Cygnus X-1, descoperit în 1964, nu includea o gaură neagră – și a recunoscut pariul în 1990, când oamenii de știință au acceptat în linii mari că Cygnus X-1 conținea prima gaură neagră cunoscută din Universul (SN: 4/10/19).

Astronomii au primit o nouă imagine asupra Cygnus X-1 folosind Very Long Baseline Array sau VLBA. Această rețea de 10 antene radio se întinde pe teritoriul Statelor Unite, de la Hawaii până la Insulele Virgine, formând împreună o antenă radio de dimensiunea unui continent. În 2016, VLBA a urmărit jeturi radio-luminoase de material care ies din gaura neagră a lui Cygnus X-1 timp de șase zile (timpul necesar pentru ca gaura neagră și steaua ei însoțitoare să se orbiteze o dată). Aceste observații au oferit o vedere clară a modului în care poziția găurii negre în spațiu s-a schimbat pe parcursul orbitei sale. Aceasta, la rândul său, i-a ajutat pe cercetători să rafinați distanța estimată până la Cygnus X-1.

Noile observații sugerează că Cygnus X-1 se află la aproximativ 7.200 de ani-lumină de Pământ, mai degrabă decât estimarea anterioară de aproximativ 6.000 de ani-lumină. Acest lucru implică faptul că steaua din Cygnus X-1 este chiar mai strălucitoare și, prin urmare, mai mare decât credeau astronomii. Steaua cântărește aproximativ 40,6 sori, estimează cercetătorii. De asemenea, gaura neagră trebuie să fie mai masivă pentru a explica tracțiunea gravitațională asupra unei stele atât de masive. Gaura neagră cântărește aproximativ 21,2 sori – mult mai mare decât mase solare estimate anterior, 14,8, spun oamenii de știință.

Noua măsurare a masei pentru gaura neagră a lui Cygnus X-1 este atât de mare încât pune la încercare înțelegerea astronomilor cu privire la stelele masive care se prăbușesc pentru a forma găuri negre, spune coautorul studiului Ilya Mandel, astrofizician la Universitatea Monash din Melbourne, Australia.

„Uneori stelele se nasc cu mase destul de mari – există observații ale stelelor care se nasc cu mase de peste 100 de mase solare”, spune Mandel. Dar se crede că astfel de stele enorme își pierd o mare parte din greutatea lor prin vânturile stelare înainte de a se transforma în găuri negre. Cu cât steaua este mai mare și cu cât conține mai multe elemente grele, cu atât vânturile sale stelare sunt mai puternice. Deci, în galaxiile bogate în elemente grele, cum ar fi Calea Lactee, stelele mari – indiferent de masa lor inițială – ar trebui să se micșoreze la aproximativ 15 mase solare înainte de a se prăbuși în găuri negre.

Gaura neagră de 21 de mase solare a lui Cygnus X-1 subminează această idee.

Detectoarele de unde gravitaționale LIGO și Virgo au descoperit găuri negre cântărind zeci de mase solare în alte galaxii (SN: 1/21/21). Dar asta se datorează probabil pentru că LIGO urmărește galaxiile îndepărtate care au existat mai devreme în univers, spune Joseph. Pe atunci, existau mai puține elemente grele, așa că vânturile stelare erau mai slabe. Cu noua măsurătoare Cygnus X-1, „acum trebuie să spunem, stai, suntem într-un [heavy element]– mediu bogat în comparație cu universul timpuriu… dar totuși am reușit să facem această gaură neagră cu adevărat masivă”, spune ea, „deci poate că nu pierdem atât de multă masă prin vânturile stelare cum credeam inițial.”