Badanie wykazało, że dwie z najbardziej masywnych gwiazd kontaktowych, jakie kiedykolwiek znaleziono, ostatecznie zderzą się jako czarne dziury.

Według nowego badania przeprowadzonego przez naukowców z UCL (University College London) i University of Poczdam. .

Praca zostaje przyjęta do publikacji w czasopiśmie Astronomia i astrofizykaprzyjrzał się znanej gwieździe podwójnej (dwie gwiazdy krążące wokół wspólnego środka ciężkości) i przeanalizował światło gwiazd uzyskane z połączenia teleskopów naziemnych i kosmicznych.

Naukowcy odkryli, że gwiazdy znajdujące się w sąsiedniej galaktyce karłowatej zwanej Małym Obłokiem Magellana są w częściowym kontakcie i wymieniają ze sobą materię, przy czym jedna gwiazda obecnie żywi się drugą. Krążą wokół siebie co trzy dni i są największymi gwiazdami kontaktowymi (znanymi jako układy podwójne kontaktowe) zaobserwowanymi do tej pory.

Porównując wyniki swoich obserwacji z teoretycznymi modelami ewolucji gwiazd podwójnych, odkryli, że w najlepiej dopasowanym modelu gwiazda, która jest obecnie karmiona, stanie się czarną dziurą i będzie żywić się swoją gwiazdą towarzyszącą. Pozostała gwiazda wkrótce stanie się czarną dziurą.

Te czarne dziury utworzą się w ciągu zaledwie 2 milionów lat, ale potem będą krążyć wokół siebie przez miliardy lat, zanim zderzą się z taką siłą, że wygeneruje fale grawitacyjne – zmarszczki w tkaninie czasoprzestrzeni – które teoretycznie można wykryć za pomocą instrumentów na ziemi.

doktorat Student Matthew Rickard (UCL Physics & Astronomy), główny autor badania, powiedział: „Dzięki detektorom fal grawitacyjnych Virgo i LIGO wykryto dziesiątki połączeń czarnych dziur w ciągu ostatnich kilku lat. Jednak do tej pory nie zaobserwowaliśmy gwiazdy, które prawdopodobnie zapadną się w czarne dziury.” o tej wielkości i łączące się w skali czasowej krótszej lub nawet w przybliżeniu porównywalnej z wiekiem wszechświata”.

„Nasz najbardziej odpowiedni model sugeruje, że te gwiazdy połączą się w czarne dziury w ciągu 18 miliardów lat. Znalezienie gwiazd na tej ścieżce ewolucyjnej w pobliżu naszej Drogi Mlecznej daje nam doskonałą okazję, aby dowiedzieć się więcej o tym, jak powstają te czarne układy podwójne”.

Współautor dr Daniel Pauli Student z Uniwersytetu w Poczdamie powiedział: „Ta gwiazda podwójna jest najmasywniejszą gwiazdą kontaktową zaobserwowaną do tej pory. Mniejsza, jaśniejsza i gorętsza gwiazda, 32 razy większa od masy Słońca, traci obecnie masę na rzecz swojego większego towarzysza, który ma 55 razy większa od masy naszego Słońca”.

Czarne dziury, które dziś astronomowie widzą, jak się łączą, powstały miliardy lat temu, kiedy wszechświat miał niższy poziom żelaza i innych ciężkich pierwiastków. Proporcja tych ciężkich pierwiastków wzrosła wraz ze starzeniem się Wszechświata, zmniejszając prawdopodobieństwo łączenia się czarnych dziur. Dzieje się tak dlatego, że gwiazdy z większym udziałem cięższych pierwiastków mają silniejsze wiatry i szybciej się wysadzają.

Dobrze zbadany Mały Obłok Magellana, znajdujący się około 210 000 lat świetlnych od Ziemi, ma, z natury rzeczy, jedną siódmą obfitości żelaza i innych metali ciężkich w naszej galaktyce Drogi Mlecznej. Pod tym względem naśladuje warunki panujące w odległej przeszłości wszechświata. Ale w przeciwieństwie do starszych, bardziej odległych galaktyk, są one wystarczająco blisko, aby astronomowie mogli zmierzyć właściwości gwiazd pojedynczych i podwójnych.

W swoich badaniach naukowcy zmierzyli różne pasma światła pochodzącego od gwiazdy podwójnej (spektroskopia), wykorzystując dane uzyskane w wielu okresach czasu przez instrumenty na Kosmicznym Teleskopie Hubble’a i Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) na Bardzo Dużym Teleskopie należącym do ESO. Chile, wśród innych teleskopów, o długościach fal od ultrafioletu, przez światło, aż po bliską podczerwień.

Korzystając z tych danych, zespół był w stanie obliczyć prędkość radialną gwiazd – czyli ruch, jaki wykonały w kierunku do nas lub od nas – jak również ich masę, jasność, temperaturę i orbity. Następnie dopasowali te parametry do najbardziej odpowiedniego modelu ewolucyjnego.

Ich analiza spektralna wykazała, że ​​większość zewnętrznej atmosfery mniejszej gwiazdy została zdarta przez jej większego towarzysza. Zauważyli również, że promień obu gwiazd przekracza płat Roche’a – obszar wokół gwiazdy, w którym materia jest grawitacyjnie związana z tą gwiazdą – potwierdzając, że część materii młodszej gwiazdy przenika do gwiazdy towarzyszącej.

Mówiąc o przyszłej ewolucji gwiazd, Rickard wyjaśnił: „Najmłodsza gwiazda stanie się najpierw czarną dziurą, za mniej niż 700 000 lat, albo w wyniku spektakularnej eksplozji zwanej supernową, albo może być tak masywna, że ​​zamieni się w czarną dziurę bez wybuch zewnętrzny”.

„Będą burzliwymi sąsiadami przez około trzy miliony lat, zanim pierwsza czarna dziura zacznie gromadzić swojego towarzysza i wziąć odwet na swoim towarzyszu”.

Pauli, który wykonał modelowanie, dodał: „Po zaledwie 200 000 lat, w astronomicznej chwili, gwiazda towarzysząca również zapadnie się w czarną dziurę. Te dwie masywne gwiazdy będą nadal krążyć wokół siebie, wirując i wirując co kilka dni do miliardów lat”.

„Będą powoli tracić tę energię orbitalną poprzez emisję fal grawitacyjnych, aż zaczną krążyć wokół siebie co kilka sekund, ostatecznie łącząc się w ciągu 18 miliardów lat wraz z masowym uwolnieniem energii przez fale grawitacyjne”.