logo_oauw
logo_uw

Cygnus X-1: Czarna Dziura w Łabędziu

2011-08-11 01:00

Cygnus X-1: Czarna Dziura w Łabędziu

Polsko-amerykański zespół astronomów, którego liderami są dr hab. Krzysztof Belczyński oraz prof. dr hab. Tomasz Bulik z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, ogłosił wyniki szczegółowej analizy jednego z najbardziej interesujących układów podwójnych gwiazd w Galaktyce – źródła rentgenowskiego Cygnus X-1 zawierającego masywną czarną dziurę. Naukowcy przewidzieli również burzliwą przyszłość układu w stosunkowo krótkiej, jak na warunki astronomiczne, skali czasowej.



źródło: ESA, wizja artystyczna:
Martin Kornmesser /ESA/ECF


Praca polskich astronomów odbiła sie szerokim echem wśród międzynarodowej społeczności naukowej. Informacja i omówienie jej ukazały się m.in. w internetowym serwisie naukowym Science Now prestiżowego amerykańskiego tygodnika naukowego Science.

Znajdujący się w gwiazdozbiorze Łabędzia układ Cygnus X-1 to najsilniejsze źródło promieniowania rentgenowskiego w Galaktyce. Jest to układ dwóch obiegających się gwiazd odległy od Ziemi o około 6000 lat świetlnych, w którym jasna gwiazda obiega niewidzialnego towarzysza. Masa niewidocznego składnika układu jest na tyle duża, że już wiele lat temu astronomowie przypuszczali, że obiektem tym musi być czarna dziura. W lecie 2011 roku nowe, bardzo precyzyjne obserwacje pozwoliły na dużo dokładniejsze wyznaczenie parametrów tego zagadkowego układu. Okazuje sie, że niewidocznym  obiektem jest istotnie czarna dziura i to o masie równej 15 masom Słońca. Najprawdopodobniej jest to najmasywniejsza czarna dziura jaka mogła powstać z gwiazdy w naszej Galaktyce.  Towarzyszem czarnej dziury jest masywna, młoda gwiazda – o masie 20 mas Słońca. Obiega ona czarną dziurę bliżej niż Merkury okrąża Słońce.

W ciagu najbliższych 100 000 lat czarna dziura rozpocznie systematyczne niszczenie towarzysza
– przewiduje dr hab. Krzysztof Belczyński, lider zespołu badawczego.  Materia z młodej gwiazdy będzie pochłaniana przez czarną dziurę, a to co nie zdoła wpaść pod jej horyzont zdarzeń, będzie wyrzucone w przestrzeń międzygwiazdową – dodaje.

Proces ten będzie trwał około 400 000 lat, aż do momentu kiedy z masywnego towarzysza pozostanie tylko jądro, ważące “zaledwie” 4 masy Słońca. Efektem ubocznym tego transferu masy będzie rozszerzenie sie orbity i odchudzony towarzysz odsunie się od czarnej dziury na odległość Ziemia-Słońce. Kolejne 2  miliony lat przebiegną w stosunkowo spokojnie. Jednakże po wypaleniu się we wnętrzu towarzysza paliwa jądrowego i ustaniu reakcji termojądrowych podtrzymujacych go przy życiu, ulegnie on zniszczeniu w spektakularnym wybuchu gwiazdy supernowej.

W wybuchu takim powstaje gwiazda neutronowa o gęstościach tak wielkich, że jej centymetr sześcienny ważyć może kilka ton. W tym momencie przyszłość układu Cygnus X-1  staje pod wielkim znakiem zapytania. Supernowe uwalniają bowiem potężne energie zdolne rozerwać nawet niezwykle silnie związane układy podwójne gwiazd.

Symulacje wybuchu przeprowadzone przez naukowców z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego pokazały, że asymetrie związane z wybuchem, które mogą nadać nowo utworzonej gwieździe neutronowej prędkość nawet rzędu miliona kilometrów na godzinę, najprawdopodobniej doprowadzą do rozerwania układu, a tym samym zakończenia jego istnienia. Pozostałością systemu będzie samotna czarna dziura i pędząca w pustych przestrzeniach Galaktyki gwiazda neutronowa.

Jednak układ Cygnus X-1 ma pewną szansę przeżycia i przeistoczenia się w grawitacyjnie związany układ czarna dziura – gwiazda neutronowa – przewiduje dr hab. Krzysztof Belczyński. Tego typu obiekty, są niezwykle interesujące z punktu widzenia  badań tzw. fal grawitacyjnych, przewidzianych przez Alberta Einsteina w 1910 roku, a do dnia dzisiejszego oczekujących potwierdzenia obserwacyjnego – dodaje astronom.

Układy czarna dziura – gwiazda neutronowa obiegając się tracą energię, ich orbita się zacieśnia, aż w końcu dochodzi do zderzenia gwiazd. Według ogólnej teorii względności zderzenie takie musi wygenerować silne fale grawitacyjne.

Obserwatoria rejestrujące fale grawitacyjne: europejskie VIRGO oraz amerykańskie LIGO od kilku lat przeczesują czasoprzestrzeń w poszukiwaniu takich właśnie katastrof czy kolizji – mówi prof. Tomasz Bulik, współautor pracy, uczestniczący w tych projektach.

Okazuje sie jednak, że nawet jeżeli Cygnus X-1 utworzy układ czarna dziura – gwiazda neutronowa, to szanse na to iż ulegnie on kolizji są niewielkie – mniejsze niż jeden procent. Odległość składników byłaby bowiem zbyt duża, a tempo tracenia energii zbyt wolne by doszło do katastrofy.

Jednak układów podobnych do Cygnus X-1, powstałych zarówno w trakcie liczącej 10 miliardów lat historii Galaktyki jak i w sąsiednich galaktykach, może być we Wszechświecie dużo. Naukowcy z Obserwatorium Astronomicznego UW spróbowali więc oszacować czy wystarczająco dużo, by była szansa detekcji ich kolizji za pomocą fal grawitacyjnych.

Wydaje się, że prawdopodobieństwo jest niewielkie, gdyż z oszacowań wynika, że możemy spodziewać się zaledwie jednej takiej detekcji na sto lat – mówi dr hab. Belczyński. Niestety spodziewany czas trwania projektu VIRGO/LIGO to tylko 5-10 lat – dodaje prof. Bulik.

Ale być może istnieją w przyrodzie jeszcze inne mechanizmy powstawania układów czarna dziura – gwiazda neutronowa niż ten obserwowany w systemach podobnych do Cygnus X-1. Wówczas szansa na ich znalezienie byłaby znacząco większa. Detekcja i badanie dzięki falom grawitacyjnym pozwoliłoby uzyskać informacje niedostępne współczesnym klasycznym technikom obserwacyjnym.

Warto też zauważyć, że choć detekcja układów czarna dziura – gwiazda neutronowa przez współczesne projekty nasłuchujące fal grawitacyjnych może być trudna, to z naszych wcześniejszych oszacowań wynika, że detekcja podobnych układów zawierających dwie obiegające się wzajemnie czarne dziury jest dużo bardziej prawdopodobna i powinna mieć miejsce już w najbliższych latach – dodaje dr hab. Krzysztof Belczyński.

Praca opisująca badania ukaże się na łamach prestiżowego czasopisma astronomicznego The Astrophysical Journal Letters.  Jej elektroniczną wersję można znaleźć w archiwum arXiv:
http://arxiv.org/abs/1107.4106

Informacja w Science Now:
http://news.sciencemag.org/sciencenow/2011/08/the-fate-of-the-first-black-hole.html

Kontakt:

dr hab. Krzysztof Belczyński
e-mail: kbelczyn@astrouw.edu.pl

prof. dr hab. Tomasz Bulik
e-mail: tb@astrouw.edu.pl

Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego
Al. Ujazdowskie 4
00-478 Warszawa

tel: 22-55-30-507
fax: 22-629-49-67

Skip to content