Vrima e zezë më e afërt me Tokën u identifikua duke përdorur misionin e Astrometrisë Gaia të ESA
Duke përdorur të dhënat nga misioni i astrometrisë Gaia të ESA-s, astronomët kanë identifikuar vrimën e zezë më të afërt të njohur, më pak se 1600 vite dritë larg nga Toka, dhe kanë përcaktuar masën e saj. Vrima e zezë po rrotullohet rreth një ylli të ngjashëm me Diellin tonë dhe u identifikua duke gjurmuar yllin që vrima e zezë po rrotullohet. Pritet të jetë e para nga shumë vrimat e zeza që do të zbulohen duke përdorur të njëjtën metodë. Në të njëjtën kohë, vetitë e sistemit binar të yjeve janë të papritura, duke treguar një hendek serioz në të kuptuarit e astronomëve se si formohen sisteme të tilla në radhë të parë.
Vrimat e zeza janë të vështira për t’u vëzhguar, sipas përkufizimit të tyre: masa e përqendruar në një rajon me një diametër kaq të vogël sa që graviteti jashtëzakonisht i fortë që rezulton nuk lejon asgjë të shpëtojë, madje as dritën. Megjithatë, këto objekte kanë gjetur prej kohësh vendin e tyre në astrofizikë. Të ashtuquajturat vrima të zeza yjore, në veçanti, me disa masa diellore, janë gjendja përfundimtare e yjeve shumë masive. Tani, një grup astronomësh të udhëhequr nga Kareem El-Badry (Instituti Max Planck për Astronomi [MPIA] dhe Qendra Harvard-Smithsonian për Astrofizikë) ka përdorur një metodë të re për të zbuluar vrimën e zezë më të afërt të njohur. Zbulimi tregon gjithashtu boshllëqe në njohuritë aktuale astronomike, përkatësisht në lidhje me formimin e sistemeve binare të yjeve.
Ka rreth njëqind milionë vrima të zeza yjore në galaktikën tonë të shtëpisë, Rrugën e Qumështit, por vetëm një pjesë e vogël është zbuluar deri më tani. Disa janë zbuluar nga detektorët e valëve gravitacionale, të cilët kanë matur pothuajse njëqind bashkime të vrimave të zeza yjore, duke dhënë të dhëna shtesë për masat e vrimave të zeza.
Nga ato pak dhjetëra vrima të zeza yjore që janë zbuluar duke përdorur vëzhgimet e teleskopit, shumica orbitojnë një yll shoqërues mjaft afër që graviteti i vrimës së zezë të tërheqë gazin e hidrogjenit nga ylli shoqërues në një të ashtuquajtur disk grumbullimi që rrethon vrimën e zezë. Gazi më pas nxehet mjaftueshëm gjatë procesit për të lëshuar sasi të konsiderueshme të rrezeve X. Janë të njohura 20 “binare me rreze X” të këtij lloji, me 50 objekte të tjera kandidate.
Ka pasur disa përpjekje për të gjetur gjithashtu vrima të zeza “të qeta” në sistemet binare – vrima të zeza pa një disk që lëshon rreze X. Mjeti i zgjedhur: spektrat yjor, zbërthimi i dritës së yllit në formë ylberi, të cilat përmbajnë informacion rreth lëvizjes së një ylli. Ne e dimë këtë, nga jeta e përditshme, nga “efekti Doppler” për tingullin: një ambulancë me një sirenë tingëlluese do të tingëllojë me zë më të lartë kur të vijë drejt nesh dhe me zë më të ulët sapo të na kalojë. Në mënyrë të ngjashme, drita në spektrat yjor na tregon për lëvizjen e një ylli drejtpërdrejt drejt nesh ose larg nesh.
Gjatë viteve të fundit, ka pasur disa pretendime për zbulime të vrimës së zezë të qetë që u përpoqën të nxirrnin orbitën e një binar dhe masën e një shoqëruesi të padukshëm ekskluzivisht nga spektri yjor. Megjithatë, të gjitha, përveç njërit prej tyre (zbulimi i qershorit 2022 i sistemit binar VFTS 243, me El-Badry si bashkëautor) që atëherë janë sfiduar ose hedhur poshtë plotësisht nga studimet vijuese. Problemi kryesor: Spektrat japin vetëm një pjesë të informacionit në lidhje me lëvizjen e yjeve, dhe kështu rreth orbitës dhe masës së shoqëruesit. Informacioni që mungon është një burim themelor i pasigurisë – dhe është gjithashtu vendi ku misioni Gaia i ESA premton ndihmë!
Prej disa vitesh, ka pasur shpresë se misioni astrometrik i ESA-s, Gaia, do të hapte një mënyrë të re për zbulimin dhe karakterizimin e vrimave të zeza në sistemet binare të yjeve, duke ofruar informacion që është plotësues me atë që japin spektrat yjor. Gaia është projektuar për matje ultra të sakta të pozicionit yjor. Kjo përfshin aftësinë për të zbuluar lëvizjen e një ylli të dukshëm në qiell, dhe nga kjo për të deduktuar praninë e një shoku të padukshëm.
Ky lloj binar që përmban një vrimë të zezë do të ishte ende shumë i rrallë, krahasuar me numrin e përgjithshëm të binarëve. Kjo është arsyeja pse, në këtë rast, qëllimi i Gaia është po aq i rëndësishëm sa saktësia e sondazhit: të dhënat me cilësi të lartë për më shumë se njëqind mijë sisteme binare krijojnë një shans të drejtë për të gjetur gjilpërën në kashtë, vrimën e zezë binar midis shumë binare të zakonshme.
Kur publikimi i të dhënave 3 i Gaia (Gaia DR3), i pari që përmban të dhënat orbitale për sistemet binare të zbuluar me Gaia, u botua në mes të qershorit 2022, Kareem El-Badry, së bashku me drejtorin e MPIA Hans-Walter Rix dhe kolegët e tyre vendosën drejtpërdrejt në lidhje me analizimin e të dhënave për kandidatët e mundshëm. Në përgjithësi, ndërsa dy objekte në një sistem binar rrotullohen rreth njëri-tjetrit, secili gjurmon një elips të vogël në qiell. Gaia DR3 përmban të dhëna për 168,065 elipsa të tilla të vogla, ose pjesë të tyre.
Duke aplikuar kriteret e përzgjedhjes që kishin veçanërisht të ngjarë të zgjidhnin sistemet në të cilat një yll i ndritshëm tërhiqet zvarrë nga një shoqërues i padukshëm me masë të konsiderueshme, studiuesit e ngushtuan grupin e tyre në gjashtë kandidatë të mundshëm. Të gjashtë kandidatët garantonin një vështrim më të afërt: me ndihmën e informacionit plotësues të matjeve të shpejtësisë radiale që rrjedhin nga spektri i yllit, duke dhënë informacion rreth lëvizjes drejtpërdrejt drejt nesh ose larg nesh.
Fakti që shpejtësitë radiale dhe pozicionet e Gaia janë dy anët e së njëjtës monedhë, si të thuash, mundëson kontrolle thelbësore të konsistencës. Duke përdorur të dhënat ekzistuese spektrale të disponueshme në arkivat astronomike, astronomët ishin në gjendje të përjashtonin tre nga kandidatët menjëherë. Në ato raste, të dhënat e disponueshme të shpejtësisë radiale kundërshtuan plotësisht rindërtimin Gaia të orbitës binare.
Një kandidat tjetër mund të përjashtohet nga përshtatja e keqe e të dhënave të Gaias me orbitën e rindërtuar, me një periudhë orbitale kaq të gjatë sa që Gaia nuk duhet të kishte qenë në gjendje ta maste atë në radhë të parë. Një kandidat i pestë është ende në shqyrtim, në pritje të matjeve shtesë spektrale.
Kandidati i mbetur, Gaia DR3 4373465352415301632, të cilin studiuesit e kanë quajtur “Gaia BH1”, përshtatet shumë mirë: të gjitha të dhënat e disponueshme ishin të qëndrueshme. Për më shumë siguri, astronomët kryen gjithashtu vëzhgime shtesë të synuara të Gaia BH1: me teleskopin Magellan Clay 6,5 m, teleskopin Gemini-North 8,1 m, teleskopin Keck I 10 m dhe, për pjesën më të madhe të pikave të reja të të dhënave, Teleskopi 2.2 m ESO/MPG që MPIA operon në observatorin La Silla të ESO-s.
Rindërtimi i orbitës u mbajt. Gaia BH1 ishte një sistem me një objekt të padukshëm me një masë prej rreth 10 masash diellore që rrotullohej rreth një ylli shumë të ngjashëm me Diellin tonë një herë në 185.6 ditë. Distanca midis yllit dhe shokut është afërsisht e njëjtë me distancën mesatare Tokë-Diell. Nëse objekti me masë 10 diellore do të ishte një yll tjetër, ai do të ishte domosdoshmërisht shumë më i ndritshëm se shoqëruesi i tij. Në vend të kësaj, as Gaia dhe as vëzhgimet vijuese nuk tregojnë ndonjë gjurmë të një ylli të dytë.
Kjo e bën Gaia BH1 një kandidat të shkëlqyeshëm për një vrimë të zezë – dhe në një distancë prej rreth 1560 vite dritë, deri tani vrima e zezë më e afërt me Tokën që astronomët kanë gjetur ende, më pak se gjysma e distancës së mbajtësit të mëparshëm rekord!
Të dhënat e Gaia ishin vendimtare për zbulimin e ri. El-Badry shkon aq larg sa thotë: “Qindra studiues punuan për të prodhuar produktet e të dhënave që ne përdorëm për të gjetur vrimën e zezë Gaia BH1. Ky zbulim nuk i përket vetëm neve, por bashkëpunimit me Gaia.”
Duke folur statistikisht, afërsia nënkupton që duhet të ketë shumë sisteme të ngjashme në të gjithë galaktikën. Megjithatë, vendosja e një numri në “të shumtë” është e vështirë. Por El-Badry dhe kolegët e tij kanë një vlerësim mjaft të mirë se publikimi tjetër i madh i të dhënave Gaia, DR4, që aktualisht pritet jo para fundit të vitit 2025, duhet të lejojë zbulimin e dhjetëra sistemeve të ngjashme.
Duke parë pas zbulimit, Kareem El-Badry thotë: “Kam kërkuar për një sistem si Gaia BH1 për katër vitet e fundit, duke provuar të gjitha llojet e metodave – por asnjëra prej tyre nuk funksionoi. Ka qenë e ngazëllyer për të parë që ky kërkim më në fund të jepte fryte.”
El-Badry shton: “Një pjesë e arsyes pse ky projekt është emocionues është se ne me të vërtetë nuk i dinim fare shanset tona për të gjetur diçka: parashikimet teorike ndryshonin me shumë shkallë. Të kesh një objekt për të analizuar është një përmirësim i madh nga zero, dhe tani duhet të punojmë për të mësuar gjithçka që mundemi prej tij, duke u përgatitur gjithashtu për një mostër më të madhe në publikimet e ardhshme të të dhënave të Gaia.
Gaia BH1 është një gjetje spektakolare, por edhe e çuditshme. Është e vështirë të shpjegohet se si mund të ishte formuar në fillim një sistem i tillë. Në mënyrë të veçantë, ylli paraardhës që më vonë u shndërrua në një vrimë të zezë do të pritej të kishte një masë prej të paktën 20 masash diellore, që do të thotë se jeta e tij do të kishte qenë shumë e shkurtër – në rendin e disa milionë viteve. Nëse të dy yjet do të formoheshin në të njëjtën kohë, ky yll masiv do të ishte shndërruar në një supergjigant, duke fryrë dhe duke përfshirë hapësirën përtej orbitës së përbashkët të yjeve, përpara se ylli tjetër të kishte pasur kohën për t’u bërë një hidrogjen i duhur. yll i djegur (“sekuenca kryesore”).
Nuk është aspak e qartë se si ylli me masë diellore mund t’i ketë mbijetuar atij episodi, duke përfunduar po aq normal në dukje sa tregojnë vëzhgimet e vrimës së zezë binar. Modelet teorike që lejojnë mbijetesën të gjitha parashikojnë se ylli me masë diellore duhet të kishte përfunduar në një orbitë shumë më të ngushtë se ajo që vërehet në të vërtetë.
Kjo lë skenarë më të pazakontë formimi. Për shembull, dy yjet origjinalë mund të ishin formuar si pjesë e një grupi yjor. Fillimisht, ata do të kishin qenë shumë më larg njëri-tjetrit, kështu që faza supergjigante e yllit masiv nuk do të kishte shqetësuar evolucionin e yllit me masë diellore. Takimet e ngushta të sistemit me yje shtesë në grup më vonë mund të kishin ndryshuar orbitën në madhësinë e saj aktuale shumë më të vogël.
Përndryshe, sistemi në fakt mund të ketë jo dy, por tre komponentë: Dy yje masivë në vend të njërit, në orbitë të ngushtë me njëri-tjetrin, dhe ylli me një masë diellore që rrotullohet rreth çiftit masiv në një distancë më të madhe. Dy yjet masivë do të pengonin njëri-tjetrin që të shndërrohej në supergjigantë. Në atë rast, objekti me masë 10 diellore mund të mos jetë një vrimë e zezë e vetme, por një palë vrima të zeza në orbitë të ngushtë rreth njëra-tjetrës. Meqenëse ai çift rrotullues do të ushtronte forca gravitacionale paksa të ndryshme në yllin me një masë diellore, vëzhgimet e sakta të ardhshme mund ta konfirmojnë ose përjashtojnë këtë mundësi.
Në përgjithësi, Gaia BH1 është të paktën tre gjëra në një: Është një zbulim emocionues i vrimës së zezë më të afërt të njohur, më pak se gjysma e largësisë se çdo vrimë e zezë e zbuluar më parë. Është një premtim i zbulimeve të ngjashme në të ardhmen që do të vijnë brenda disa viteve të ardhshme, por gjithashtu një kujtesë e mprehtë e kufijve të njohurive aktuale astronomike rreth formimit të sistemeve binare ose, në përgjithësi, të sistemeve të shumëfishta yjesh.