Un singuratic ceresc ar putea fi prima gaură neagră necunoscută

Un obiect ceresc solitar – mai masiv decât soarele, dar mult mai mic – se plimbă prin galaxie la câteva mii de ani-lumină de Pământ. Ar putea fi prima gaură neagră izolată de masă stelară detectată în Calea Lactee. Sau ar putea fi una dintre cele mai grele stele neutronice cunoscute.

Rătăcitorul interstelar s-a dezvăluit pentru prima dată în 2011, când gravitația sa a amplificat pentru scurt timp lumina unei stele mai îndepărtate. Dar, la acea vreme, adevărata sa natură a scăpat cercetătorilor. Acum, două echipe de astronomi au analizat imaginile Telescopului Spațial Hubble pentru a demasca identitatea călătorului – și au ajuns la concluzii oarecum diferite.

Misteriosul necunoscut este o gaură neagră de aproximativ șapte ori mai masivă decât soarele, raportează o echipă într-un studiu în presă în revista Astrophysical Journal. Sau este un pic mai ușoară – de doar două până la patru ori greutatea celei mai apropiate stele – și, prin urmare, este fie o gaură neagră neobișnuit de ușoară, fie o stea neutronică ciudat de grea, raportează un alt grup într-un studiu publicat în revista Astrophysical Journal Letters.

Stelele neutronice și găurile negre de masă stelară se formează atunci când stelele masive – cel puțin de câteva ori mai mari decât greutatea soarelui – se prăbușesc sub propria gravitație la sfârșitul vieții lor. Astronomii cred că aproximativ un miliard de stele neutronice și aproximativ 100 de milioane de găuri negre de masă stelară se ascund în galaxia noastră (SN: 8/18/17). Dar aceste obiecte nu sunt ușor de observat. Stelele neutronice sunt atât de mici – aproximativ de mărimea unui oraș – încât nu produc prea multă lumină. Iar găurile negre nu emit deloc lumină.

Pentru a detecta aceste tipuri de obiecte, oamenii de știință observă de obicei modul în care acestea afectează mediul înconjurător. „Singurul mod în care le putem găsi este dacă ele influențează altceva”, spune Kailash Sahu, astronom la Space Telescope Science Institute din Baltimore.

Până în prezent, oamenii de știință au detectat aproape două duzini de găuri negre cu masă stelară. (Aceste găuri negre relativ ușoare sunt neînsemnate în comparație cu mastodonții supermasivi care se află în centrul majorității galaxiilor, inclusiv a noastră (SN: 1/18/21).) Pentru a face acest lucru, cercetătorii au urmărit modul în care aceste obiecte interacționează cu vecinii lor celeste din apropiere. Atunci când o gaură neagră este blocată într-un dans gravitațional cu o altă stea, ea smulge materia de la partenerul său. Pe măsură ce această materie cade pe gaura neagră, ea emite raze X, pe care telescoapele care orbitează în jurul Pământului le pot detecta.

Dar găsirea găurilor negre în sisteme binare nu oferă o imagine completă a regatului găurilor negre. Deoarece aceste obiecte acumulează în mod continuu materie, este dificil să se determine masa la care s-au format. Și, deoarece greutatea la naștere este o caracteristică cheie a unei găuri negre, acesta este un dezavantaj semnificativ în ceea ce privește căutarea sistemelor binare, spune Sahu. „Dacă vrem să înțelegem proprietățile găurilor negre, cel mai bine este să le găsim pe cele izolate”.

Timp de mai bine de un deceniu, cercetătorii au scanat cerurile în căutarea găurilor negre solitare. Căutările s-au bazat pe teoria relativității generale a lui Einstein, care afirmă că orice obiect masiv, chiar și unul nevăzut, curbează spațiul în vecinătatea sa (SN: 2/3/21). Această curbură face ca lumina provenită de la stelele de fundal să fie mărită și distorsionată, fenomen cunoscut sub numele de microlensing gravitațional. Măsurând schimbările în luminozitatea și poziția aparentă a stelelor, oamenii de știință pot calcula masa obiectului care intervine și care acționează ca o lentilă – o tehnică care a rotunjit și câteva planete extrasolare (SN: 7/24/17).

În 2011, cercetătorii au anunțat că au observat o stea care a devenit brusc de peste 200 de ori mai strălucitoare. Dar acele observații inițiale, realizate cu ajutorul unor telescoape din Chile și Noua Zeelandă, nu au putut dezvălui dacă poziția aparentă a stelei se schimba și ea. Iar această informație este esențială pentru a stabili cu exactitate masa obiectului care a intervenit. Dacă este vorba de o greutate mare, gravitația sa ar distorsiona spațiul atât de mult încât steaua ar părea să se deplaseze. Dar chiar și o schimbare „mare” în poziția stelei ar fi fost extrem de mică și greu de detectat. Și, din păcate, detaliile fine din imaginile astronomice capturate de telescoapele terestre tind să fie estompate din cauza atmosferei turbulente a planetei noastre (SN: 29/7/20).

Pentru a ocoli această limitare terestră, două echipe independente de astronomi au apelat la Telescopul spațial Hubble. Acest observator poate capta imagini extrem de detaliate, deoarece orbitează deasupra celei mai mari părți a atmosferei terestre.

Ambele grupuri au constatat că locația stelei s-a schimbat pe parcursul a câtorva ani. Una dintre echipe, condusă de Sahu, a ajuns la concluzia că dansul aparent al stelei a fost cauzat de un obiect de aproximativ șapte ori mai greu decât soarele. O stea cu o asemenea masă ar fi fost extrem de strălucitoare în imaginile Hubble, însă cercetătorii nu au văzut nimic. Ceva atât de greu și de întunecat trebuie să fie o gaură neagră, potrivit echipei.

Dar un alt grup de cercetători, condus de astronomul Casey Lam de la Universitatea din California, Berkeley, a găsit rezultate diferite. Lam și colegii săi au calculat că masa obiectului care a fost observat prin lentilă a fost mai mică, doar de aproximativ două până la patru ori mai mare decât masa soarelui. Prin urmare, ar putea fi fie o stea neutronică, fie o gaură neagră, a concluzionat grupul.

Orice ar fi, este un obiect intrigant, spune astronomul Jessica Lu, membră a echipei lui Lam, de asemenea de la UC Berkeley. Asta pentru că este un pic ciudat din punct de vedere al masei. Este fie una dintre cele mai masive stele neutronice descoperite până în prezent, fie una dintre cele mai puțin masive găuri negre cunoscute, spune Lu. „Se încadrează în această regiune ciudată pe care o numim diferența de masă”.

În ciuda dezacordului, acestea sunt rezultate palpitante, spune Will M. Farr, un astrofizician de la Universitatea Stony Brook din New York care nu este implicat în niciunul dintre studii. „Să lucrezi la limita instrumentală, în adevărata avangardă a ceea ce este măsurabil, este foarte interesant”.