Tri tihe crne rupe otkrivene satelitom Gaia bacaju novo svjetlo na evoluciju dvojnih zvjezdanih sustava, ali istovremeno postavljaju pitanja na koja dosadašnji modeli ne nude jednostavne odgovore.
Većina zvjezdanih crnih rupa u našoj galaksiji nije aktivna. One ne emitiraju X-zrake niti vidljive mlazove poput svojih “proždrljivih” rođaka koji gutaju materiju iz okolnog diska. Umjesto toga, te mirne divlje zvijeri samo kruže galaktikom, bilo same bilo u orbiti oko zvijezde pratilje koju ne proždiru. Znanstvenici ih ne mogu izravno promatrati — jedino im mogu ući u trag preko gravitacijskog učinka na obližnje objekte. Upravo je to omogućila misija Gaia koja je dosad otkrila tri takva sustava.
Gaia je prvotno dizajnirana za kartiranje položaja i gibanja više od milijarde zvijezda u našem dijelu Mliječne staze. Njezini instrumenti moraju biti toliko precizni da mogu registrirati i najmanje njihanje zvijezde uzrokovano gravitacijskim povlačenjem planeta. No u tri slučaja to njihanje je toliko snažno da pratilac mora imati zvjezdanu masu — a opet, Gaia ga ne vidi. Logičan zaključak: riječ je o crnoj rupi.
Problem preživljavanja
Sve tri otkrivene crne rupe imaju malenu zvjezdanu pratilju. To znači da su u prošlosti ti sustavi bili asimetrični dvojni sustavi, s jednom zvijezdom znatno većom od druge. Veća je zvijezda kolabirala u crnu rupu, ostavljajući sustav kakav vidimo danas. Dok je sustav Gaia BH3 s prilično širokom orbitom — točno onakvom kakvu bismo očekivali — sustavi BH1 i BH2 imaju znatno čvršće orbite. I tu nastaje problem.
Kada velika zvijezda umire, ona se dramatično širi. Zvijezda pratilja u tijesnoj orbiti bila bi progutana od strane umiruće zvijezde, što bi dovelo do spajanja dvaju tijela prije nego što sustav postane crna rupa. Kako su onda pratilje u sustavima BH1 i BH2 preživjele? Jedna od mogućnosti je proces poznat kao prelijevanje Rocheove granice.
Rocheova granica je područje oko zvijezde unutar kojeg dominira njezina vlastita gravitacija. Kada se vanjski slojevi zvijezde koja se širi pomaknu izvan te granice, plimne sile omogućuju pratilji da preuzme dio materijala. Ako je materijal koji prelazi granicu dovoljno difuzan, manja zvijezda može ga preuzeti bez da se dva tijela spiralno približe i sudare. Na taj način manja pratilja može održati stabilnu orbitu dovoljno dugo da veća zvijezda kolabira u crnu rupu.
Više pitanja nego odgovora
Samo tri promatrana sustava nisu dovoljna za potvrdu modela prelijevanja Rocheove granice. No ovo početno istraživanje, objavljeno u The Astrophysical Journal, pokazuje da je put od asimetričnog dvojnog sustava do binarnog sustava s crnom rupom daleko složeniji nego što smo mislili. Postavlja se i pitanje koje istraživači tek trebaju razriješiti: ako je prelijevanje Rocheove granice doista mehanizam nastanka, zašto ga ne vidimo češće u drugim dvojnim sustavima?
Ovo otkriće također postavlja šire pitanje o našem razumijevanju evolucije zvijezda. Ako se crne rupe mogu formirati na načine koje dosad nismo razmatrali, možda je i broj tih objekata u galaksiji veći nego što procjenjujemo. Gaia je dosad identificirala tek tri takva sustava, ali njezina misija nije gotova — a svako novo otkriće moglo bi ponovno napisati udžbenike astrofizike.