אסטרונומים המשתמשים במצפה הכוכבים הבינלאומי תאומים, המופעל על ידי NOIRLab של NSF, גילו את החור השחור הידוע ביותר לכדור הארץ. זהו הזיהוי החד-משמעי הראשון של חור שחור רדום בעל מסה כוכבית ב- שביל החלב. קרבתו לכדור הארץ, במרחק של 1600 שנות אור בלבד, מציעה יעד מחקר מסקרן לקידום הבנתנו את האבולוציה של מערכות בינאריות.
חורים שחורים הם העצמים הקיצוניים ביותר ביקום. גרסאות סופר-מסיביות של עצמים צפופים בלתי נתפסים הללו שוכנות ככל הנראה במרכזן של כל הגלקסיות הגדולות. מסה כוכבית חורים שחורים - ששוקלים בערך פי חמישה עד 100 מהמסה של השמש - נפוצים הרבה יותר, עם הערכה של 100 מיליון בשביל החלב בלבד. עם זאת, רק קומץ אושרו עד כה, וכמעט כל אלה 'פעילים' - כלומר הם זורחים בבהירות בקרני רנטגן כשהם צורכים חומר מ בן לוויה כוכבים בקרבת מקום, בניגוד לחורים שחורים רדומים, שלא.
אסטרונומים המשתמשים בטלסקופ ג'מיני צפון בהוואי, אחד הטלסקופים התאומים של מצפה הכוכבים הבינלאומי תאומים, המופעל על ידי NOIRLab של NSF, גילו את החור השחור הקרוב ביותר לכדור הארץ, אותו כינו החוקרים Gaia BH1. החור השחור הרדום הזה מסיבי בערך פי 10 מהחור השחור הרדום הזה שמש והוא ממוקם במרחק של כ-1600 שנות אור בקבוצת הכוכבים אופיוצ'וס, מה שהופך אותה קרובה יותר לכדור הארץ פי שלושה ממחזיק השיא הקודם, בינארי של קרני רנטגן בקבוצת הכוכבים מונוקרוס. התגלית החדשה התאפשרה על ידי תצפיות מעולות על תנועת ה- בן לוויה של חור שחור, כוכב דמוי שמש שמקיף את החור השחור בערך באותו מרחק כמו שכדור הארץ מקיף את השמש.
"קח את מערכת השמש, שים חור שחור במקום שבו נמצאת השמש, ואת השמש במקום שבו נמצאת כדור הארץ, ותקבל את המערכת הזו." הסביר קארים אל-בדרי, אסטרופיזיקאי במרכז לאסטרופיזיקה | הרווארד וסמית'סוניאן ומכון מקס פלנק לאסטרונומיה, והמחבר הראשי של המאמר המתאר תגלית זו. "בעוד שהיו הרבה גילויים של מערכות כמו זו, כמעט כל התגליות הללו הופרכו לאחר מכן. זהו הזיהוי החד-משמעי הראשון של כוכב דמוי שמש במסלול רחב סביב חור שחור בעל מסה כוכבית בגלקסיה שלנו".
למרות שסביר להניח שיש מיליוני חורים שחורים בעלי מסה כוכבית משוטטים בגלקסיית שביל החלב, אותם מעטים שזוהו נחשפו על ידי האינטראקציות האנרגטיות שלהם עם כוכב מלווה. כאשר חומר מכוכב סמוך מסתחרר פנימה לכיוון החור השחור, הוא מתחמם ויוצר קרני רנטגן חזקות וסילוני חומר. אם חור שחור אינו ניזון באופן פעיל (כלומר, הוא רדום) הוא פשוט משתלב עם הסביבה שלו.
"חיפשתי חורים שחורים רדומים בארבע השנים האחרונות באמצעות מגוון רחב של מערכי נתונים ושיטות," אמר אל-בדרי. "ניסיונות קודמים שלי - כמו גם של אחרים - העלו אוסף של מערכות בינאריות שמתחזות לחורים שחורים, אבל זו הפעם הראשונה שהחיפוש נשא פרי".
הצוות זיהה במקור את המערכת כעלולה לארח חור שחור על ידי ניתוח נתונים מחללית גאיה של סוכנות החלל האירופית. גאיה קלטה את האי-סדירות הדקה בתנועת הכוכב שנגרמה על ידי כוח משיכה של חפץ מסיבי בלתי נראה. כדי לחקור את המערכת ביתר פירוט, אל-באדרי וצוותו פנו למכשיר ה-Gemini Multi-Object Spectrograph ב-Gemini North, שמדד את מהירות הכוכב הנלווה בזמן שהוא מקיף את החור השחור וסיפק מדידה מדויקת של תקופת מסלולו. . תצפיות המעקב של מזל תאומים היו קריטיות להגבלת תנועת המסלול, ומכאן המסות של שני המרכיבים במערכת הבינארית, ואפשרו לצוות לזהות את הגוף המרכזי כחור שחור מסיבי בערך פי 10 מהשמש שלנו.
"תצפיות המעקב שלנו בתאומים אישרו מעל לכל ספק סביר שהבינארי מכיל כוכב רגיל ולפחות חור שחור רדום אחד", פירט אל-בדרי. "לא מצאנו שום תרחיש אסטרופיזי סביר שיכול להסביר את המסלול הנצפה של המערכת שאינו כולל לפחות חור שחור אחד."
הצוות הסתמך לא רק על יכולות התצפית המעולות של ג'מיני נורת' אלא גם על יכולתו של ג'מיני לספק נתונים על דדליין צפוף, שכן לצוות היה רק חלון קצר לבצע בו את תצפיות המעקב.
"כשהיו לנו האינדיקציות הראשונות לכך שהמערכת מכילה חור שחור, היה לנו רק שבוע אחד לפני ששני העצמים היו בהפרדה הקרובה ביותר במסלוליהם. מדידות בשלב זה חיוניות כדי לבצע הערכות מסה מדויקות במערכת בינארית." אמר אל-בדרי. "היכולת של ג'מיני לספק תצפיות בטווח זמן קצר הייתה קריטית להצלחת הפרויקט. אם היינו מפספסים את החלון הצר הזה, היינו צריכים לחכות עוד שנה".
המודלים הנוכחיים של אסטרונומים לאבולוציה של מערכות בינאריות מתקשים להסביר כיצד יכלה להיווצר התצורה המיוחדת של מערכת Gaia BH1. באופן ספציפי, כוכב האב שהפך מאוחר יותר לחור השחור שהתגלה לאחרונה היה מסיבי לפחות פי 20 מהשמש שלנו. זה אומר שהוא היה חי רק כמה מיליוני שנים. אם שני הכוכבים נוצרו בו זמנית, זה כוכב מסיבי היה הופך במהירות לענק על, מתנפח ובולע את הכוכב השני לפני שהספיק להפוך לכוכב תקין, בוער מימן, ברצף ראשי כמו השמש שלנו.
לא ברור כלל כיצד כוכב המסה הסולארית יכול היה לשרוד את הפרק ההוא, ולסיים ככוכב רגיל לכאורה, כפי שהתצפיות של חור שחור בינארי מצביע. מודלים תיאורטיים שכן מאפשרים הישרדות, כולם מנבאים שכוכב השמש היה צריך להגיע למסלול הדוק הרבה יותר ממה שנצפה בפועל.
זה יכול להצביע על כך שישנם פערים חשובים בהבנתנו כיצד נוצרים ומתפתחים חורים שחורים במערכות בינאריות, ומצביע גם על קיומה של אוכלוסייה שטרם נחקרה של חורים שחורים רדומים בבינאריים.
"מעניין שמערכת זו אינה ניתנת בקלות למודלים סטנדרטיים של אבולוציה בינארית," סיכם אל-בדרי. "זה מציב שאלות רבות לגבי האופן שבו המערכת הבינארית הזו נוצרה, כמו גם כמה מהחורים השחורים הרדומים האלה יש שם בחוץ."
"כחלק מרשת של מצפה כוכבים מבוססי חלל וקרקע, ג'מיני צפון סיפקה לא רק ראיות חזקות לחור השחור הקרוב ביותר עד כה, אלא גם למערכת החורים השחורים הבתוליים הראשונה, ללא עמוס בגז החם הרגיל המקיים אינטראקציה עם החור השחור " אמר קצין תוכנית NSF Gemini, מרטין סטיל. "בעוד שזה מבשר גילויים עתידיים של אוכלוסיית החורים השחורים הרדומה החזויים בגלקסיה שלנו, התצפיות גם משאירות תעלומה שצריך לפתור - למרות היסטוריה משותפת עם שכנתה האקזוטית, מדוע הכוכב הנלווה במערכת הבינארית הזו כל כך נורמלי?"
תצפיות ג'מיני צפון נעשו כחלק מתוכנית זמן שיקול דעת של במאי (מזהה תוכנית: GN-2022B-DD-202).
מצפה הכוכבים הבינלאומי תאומים מופעל על ידי שותפות של שש מדינות, כולל ארה"ב באמצעות הקרן הלאומית למדע, קנדה באמצעות מועצת המחקר הלאומית של קנדה, צ'ילה באמצעות ה-Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo, ברזיל באמצעות Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações, ארגנטינה באמצעות Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación, וקוריאה באמצעות המכון לאסטרונומיה ומדעי החלל של קוריאה. משתתפים אלה ואוניברסיטת הוואי, שיש לה גישה קבועה לתאומים, מקיימים כל אחד "משרד תאומים לאומי" כדי לתמוך במשתמשים המקומיים שלהם.
עיון ביומן:
- כרים אל-בדרי ואחרים. כוכב דמוי שמש המקיף חור שחור. הודעות חודשיות של החברה המלכותית לאסטרונומיה. DOI: 10.1093/mnras/stac3140
