Czy „mrugnęła” do nas pierwotna czarna dziura? Nowe rozwiązanie zagadki sprzed sześciu lat
W 2019 roku astronomowie zaobserwowali coś bardzo specyficznego. Dostrzegli odległą gwiazdę, której jasność stopniowo rosła przez około godzinę, po czym wróciła do normalnego poziomu. Nie pasowało to do żadnego znanego zjawiska gwiazdowego. Sześć lat później naukowcy sądzą, że mógł to być sygnał, który przywędrował do nas z maleńkiej pierwotnej czarnej dziury.
18 grudnia 2019 roku Dark Energy Camera (DECam), zainstalowana na czterometrowym Teleskopie Víctora M. Blanco znajdującym się w Cerro Tololo Inter-American Observatory w Chile, obserwowała gwiazdę w Wielkim Obłoku Magellana. W pewnej chwili obserwacji zarejestrowała pojedynczy, trwający 60 minut, wzrost jasności. Pojaśnienie było bardzo symetryczne, nie dostrzeżono zmiany koloru światła, a samo zjawisko nie powtórzyło się w kolejnych obserwacjach. A przecież większość gwiazd zmiennych pulsuje wielokrotnie. Tutaj był tylko jeden „błysk” i koniec.
Sygnał z mikroskopijnej czarnej dziury
Tuż po zdarzeniu rozważano kilka scenariuszy. Sugerowano, że był to po prostu zwykłe pojaśnienie gwiazdy lub błąd instrumentu. Inni badacze przypuszczali, że obserwowana gwiazda ma niewidocznego towarzysza, ewentualnie, że pojaśnienie było wywołane przejściem swobodnie dryfującej planety. Jednak żadne rozwiązanie nie wydawało się w pełni odpowiadać zjawisku, ponieważ godzinne pojaśnienie gwiazdy trwało zbyt długo jak na rozbłysk gwiazdy, zbyt krótko na supernową i było zbyt płynne jak na większość znanych rodzajów zmienności gwiazd.
Zagadka wciąż nurtowała badaczy i teraz, po szczegółowej analizie właściwości tego zdarzenia, astronomowie twierdzą, że to „mrugnięcie” mogło być sygnałem pochodzącym od jednego z najbardziej nieuchwytnych obiektów we Wszechświecie: maleńkiej, pierwotnej czarnej dziury ważącej zaledwie tyle, co trzy księżyce Ziemi.
Rozmiary czarnych dziur
Mówiąc o czarnych dziurach zwykle odnosimy się do wyjątkowo masywnych obiektów o średnicy od kilkudziesięciu kilometrów do nawet kilkunastu miliardów kilometrów. Wynika to ze sposobu ich powstawania — rodzą się po śmierci masywnej gwiazdy, gdy jej ogromne jądro zapada się pod wpływem grawitacji, tworząc jeden z najgęstszych znanych obiektów we Wszechświecie. Natomiast tuż po Wielkim Wybuchu warunki mogły sprzyjać powstawaniu znacznie mniejszych czarnych dziur. Kwantowe fluktuacje czasoprzestrzeni mogły tworzyć zagęszczenia materii w rozszerzającym się Wszechświecie, które następnie zapadały się podobnie jak jądra gwiazd. Są to właśnie tzw. pierwotne czarne dziury. Ta, która może być rozwiązaniem zagadki gwałtownego pojaśnienia, miałaby horyzont zdarzeń wielkości mniej więcej kropki na końcu tego zdania.
Zespół astronomów kierowany przez astronomkę Renee Key z Uniwersytetu Technologicznego Swinburne w Australii twierdzi, że żadna inna hipoteza nie pasuje do statystyk tego zdarzenia równie dobrze. Badacze nadali swojej kandydatce na pierwotną czarną dziurę nazwę Phoebe.
Zakrzywienie czasoprzestrzeni
Pierwotne czarne dziury są trudne do wykrycia ze względu na swój rozmiar. Pierwotna czarna dziura o masie Ziemi miałaby średnicę zaledwie około 1,8 centymetra. Nawet gdyby taka czarna dziura przechwyciła materię, światło emitowane przez wpadający materiał byłoby tak słabe, że współczesne instrumenty na Ziemi nie byłyby w stanie go wykryć.
Mimo niewielkich rozmiarów, grawitacja pierwotnych czarnych dziur powinna być na tyle silna, by zakrzywiać czasoprzestrzeń poza horyzontem zdarzeń. A obszar silnie zakrzywionej czasoprzestrzeni może działać jak kosmiczna soczewka. Światło obiektów znajdujących się za nią zostaje wówczas wzmocnione, powodując krótkotrwałe i łagodne pojaśnienie, po czym wraca do normy. Zjawisko to nazywane jest mikrosoczewkowaniem grawitacyjnym.
Zdaniem australijskich badaczy dokładnie taki sygnał zarejestrowała w 2019 roku kamera DECam skierowana ku Wielkiemu Obłokowi Magellana, oddalonemu o około 163 000 lat świetlnych od Ziemi.
– Nasze analizy pokazują, jak ważne jest badanie mikrosoczewkowania. Nowe kosmiczne obserwatorium NASA, czyli przygotowany do wyniesienia we wrześniu tego roku Teleskop Nancy Grace Roman oraz działające już nowoczesne Obserwatorium Very C. Rubin mogłyby wspierać obserwacje o wysokiej częstotliwości pomiarów, a dzięki ciągłemu śledzeniu obiektów zwiększyć czułość na mikrosoczewki o małych masach — napisali autorzy pracy.
Źródło: Cornell University
Nasza autorka
Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka
Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.