Czarna dziura, której nie było, czyli jak pomylono coś czego nie widać z podwójną gwiazdą

Czarne dziury, szczególnie takie o masie zbliżonej do mas gwiazd, są tak trudnymi w detekcji obiektami, że z każdego odkrycia astronomowie cieszą się jak dzieci. Tak było w 2020 roku, gdy z pomocą 2,2 metrowej średnicy teleskopu MPG/ESO, zaobserwowano obiekt, który wskazywał na obecność takiej czarnej dziury. 

Czarna dziura i do tego leżąca najbliżej Ziemi 

System nazwany HR 6819, nie dość, że miał zawierać czarną dziurę i orbitujące wokół niej dwie gwiazdy, jest także widoczny gołym okiem na południowym ziemskim niebie. Perspektywa dostrzeżenia gwiazd, co do których wiadomo, że orbitują wokół czarnej dziury byłaby z pewnością emocjonująca. 

Widok układu HR 6819 na tle milionów innych gwiazd

Jakby tego było mało, wspomniany układ znajduje się stosunkowo blisko Słońca, bo w odległości jedynie 1000 lat świetlnych. To bezpieczna odległość, by ewentualna czarna dziura nie stanowiła zagrożenia, a jednocześnie odległość niewielka w kosmicznej skali odległości.  

Ponieważ niewidoczny (jak sugerowała analiza obserwacji) obiekt ważył tyle co cztery Słońca, od razu przyjęto jako wytłumaczenie jego natury czarną dziurę.  

Jednak analiza astronomicznych obserwacji stwarza też dużo problemów. Astronomowie mogą bowiem błędnie określić naturę obserwowanego obiektu, co jest z kolei wynikiem nieprawidłowej interpretacji zebranych danych.

Nie świadczy to oczywiście o braku ich profesjonalizmu, ale niedostatecznej precyzji zebranych danych, której zresztą nigdy nie można określić jako w pełni wystarczającą, a jednocześnie trudno z urzędu określić jako niedostateczną. Historia astronomicznych obserwacji pokazuje bowiem, że coraz bardziej wyrafinowane techniki obserwacyjne mogą prowadzić do nowych odkryć, ale są też sytuacje, gdy jedynie doprecyzowujemy już przyjęty obraz kosmosu.   

Od samego początku były dwie koncepcje tłumaczące obserwacje układu HR 6819 

Odkrycie najbliższej Ziemi czarnej dziury w systemie HR 6819 już od początku budziło wątpliwości innych zespołów obserwacyjnych. By raz na zawsze wyjaśnić te wątpliwości, jedna z kontestujących wykrycie czarnej dziury grup z KU Leuven w Belgii połączyła siły z “odkrywcami” z ESO. 

Wizualizacja pierwszego wytłumaczenia układu HR 1819 z 2020 roku, czyli układu potrójnego z dwiema gwiazdami i czarną dziurą pośrodku

Celem wspólnych obserwacji, za pomocą interferometru VLTI w Chile i instrumentu GRAVITY oraz spektroskopu MUSE przy jednym z teleskopów VLT w obserwatorium na górze Paranal, było odrzucenie jednej z dwóch opcji: 

• układ zawiera centralnie położoną czarną dziurę, wokół której orbitują dwie gwiazdy, jedna z okresem 40 dni, a druga na dużo szerszej orbicie, 
• układ zawiera tylko dwie gwiazdy, wzajemnie obiegające się z okresem 40 dni, których specyficzna natura pozwala wyjaśnić obserwacje.   

Jak same gwiazdy mogą udawać system, w którym jest czarna dziura? 

Wszystko ma związek z faktem, że obiekt odległy o 1000 lat świetlnych, choć jak wspomniałem bliski w skali kosmicznej, jest na tyle daleki, że konieczne jest użycie najpotężniejszych instrumentów obserwacyjnych, by móc określić jaka jest jego faktyczna konfiguracja przestrzenna. W tym faktyczna odległość gwiazd od siebie. 

Alternatywna propozycja zespołu z Belgii uwzględniała zjawisko gwiezdnego wampiryzmu, czyli pożerania przez jedną z gwiazd drugiej, które objawia się poprzez zasysanie zewnętrznej wodorowej otoczki. Efektem takiego zachowania się gwiazd jest odarcie jednej z gwiazd z zewnętrznych warstw. W przypadku tej, która jest tzw. gwiazdą wampirem, wzrost masy i jednoczenie tempa rotacji, co może skutkować mylną interpretacją danych spektroskopowych.

Poniżej wizualizacja układu HR 6819, ze spłaszczoną masywniejszą gwiazdą otoczoną dyskiem z zassanej materii.

Obejrzyj w

Gdy taki układ zaobserwujemy w tej jednej chwili, gdy zakończyło się wysysanie materii przez jeden obiekt, w danych obserwacyjnych o niedostatecznej rozdzielczości pojawią się sygnatury sugerujące obie proponowane opcje. Szanse na uchwycenie układu HR 6819 w takim właśnie momencie były niewielkie, ale tak się właśnie stało. 

Czarnej dziury nie ma, lecz nowe wyjaśnienie jest równie ciekawe 

Po zakończeniu obserwacji weryfikujących, oba zespoły zgodnie ogłosiły, że pierwsze wyjaśnienie, czyli układ z czarną dziurą jest błędne. Dzięki obserwacjom interferometrycznym udało się rozdzielić dwie gwiazdy, które tworzą ciasny układ o okresie 40 dni. Z kolei obserwacje spektroskopowe potwierdziły, że nie ma sugerowanej wcześniej gwiazdy na odległej orbicie. 

Czarnej dziury nie ma. To dwie gwiazdy obiegające się wzajemnie z okresem 40 dni. Specyficzne, bo stanowiące przykład gwiezdnego wampiryzmu

Po raz kolejny natura spłatała astronomom figla. Na szczęście coraz lepsze instrumenty i techniki obserwacyjne pozwalają rozwiązywać coraz częściej takie kosmiczne zagadki. Zarazem to wszystko sprawia, że astronomia jest żywą nauką, ciągle zaskakująca nowymi odkryciami. 

Źródło: ESO