נמצא חור שחור במערכת בינארית: מסתו יותר מפי חמש מהשמש שלנו

העצם הקומפקטי שואב חומר מהכוכב ומוסיף אותו בהדרגה למסה של עצמו, באמצעות דיסק ספיראלי שנוצר סביבו. תהליך זה נקראה ספיחה (acretion). כיום ידועות 20 מערכות קרני-X בינאריות עם חור שחור, החוקרים מ-IAC משערים שיש ב-5,000 מערכות קרני-X בינאריות עם חור שחור בגלקסיה שלנו.

חוקרים מהמכון לאסטרופיסיקה של האיים הקנריים (Instituto de Astrofisica de Canarias – IAC) גילו חור שחור שמסתו גדולה פי 5.4 מהשמש שלנו במערכת קרני-X בינארית הנקראת XTE J1859+226. התצפיות שנערכו באמצעות הטלסקופ Gran Telescopio Canarias (GTC) והצליחו להשיג מידע ספקטרוסקופי ראשוני מהמערכת הבינארית לפירסום, היו ,צפיות מכריעות לתגלית זו. מערכות כוכבים שהן מערכות קרני X בינאריות מורכבות מעצם קומפקטי (שיכול להיות כוכב ניוטרון או חור שחור) ומכוכב “נורמלי”.

העצם הקומפקטי שואב חומר מהכוכב ומוסיף אותו בהדרגה למסה של עצמו, באמצעות דיסק ספיראלי שנוצר סביבו. תהליך זה נקראה ספיחה (acretion). כיום ידועות 20 מערכות קרני-X בינאריות עם חור שחור. החוקרים מ-IAC משערים שיש כ-5,000 מערכות קרני-X בינאריות עם חור שחור בגלקסיה שלנו.

מערכת XTE J1859+226 היא מערכת קרני-X משתנה שנמצאת בקבוצת וולפקולה ( (Vulpecula). היא התגלתה על ידי הלווין RXTE בעת התפרצות שנקלטה ב-1999.

“מערכות קרני-X משתנות מאופיינות בכך שהן מבלות את רוב חייהן במצב רגיעה, אך מדי פעם הן נכנסות למצב של התפרצות. במצב זה קצב ספיחת החומר אל החור השחור קיבל תנופה ” מסביר חזוס קוראלה סנטנה, אסטרופיסיקטי מה-IAC, שעמד בראש המחקר שפורסם ב- Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

כוכבי ניוטרון, בדומה לחורים שחורים, הם השאריות שנותרות לאחר מותו של כוכב ענק. לרוב כוכבי הניוטרון הידועים יש מסה של בערך פי 1.4 מהשמש שלנו, אך יש מקרים שבהם נמדדה מסה של יותר מפי 2 מהשמש. אסטרונומים סבורים שכשאשר המסה היא יותר מפי שלוש ממסת השמש, כוכבי ניוטרון אינם יציבים ובסופו של דבר הם קורסים ויוצרים חור שחור.

מסביר קוראלה-סנטנה, “ מדידת המסה של עצמים קומפקטיים היא חיונית לקביעת סוג העצם. אם מסתו היא יותר מפי 3 ממסת השמש, אז הוא חייב להיות חור שחור. מצאנו כי מסתו של XTE J1859+226 היא פי 5.4 ממסת השמש. זהו אישור ודאי לכך שבמערכת זו יש חור שחור.”

“בעזרת תוצאה זו הוספנו פיסת מידע נוספת למחקר התפלגות המסה של חורים שחורים. לצורת ההתפלגות יש השלכות חשובות ביותר על הידע שלנו לגבי מותם של כוכבים ענקיים, היווצרותם של חורים שחורים, והתפתחותן של מערכות קרני-X בינאריות.” הוסיף האסטרופיסיקאי מה-IAC.

שתים עשרה שנות תצפית: מודדים את הנראה ואת הבלתי נראה
צוות האסטרופיסיקאים ב-IAC התחיל לבצע תצפיות מסודרות על העצם עם תחילת ההתפרצות ב-1999, והם ממשיכים לעקוב אחרי התפתחותו. החוקרים שילבו את המדידות הפוטומטריות מטלסקופ אייזיק ניוטון (INT) ומטלסקופ וויליאם הרשל (WHT) משנת 2000, עם המדידות של הטלסקופ האופטי הנורדי (NOT) מ-2008, ועם המדידות הספטרוסקופיות של ה GTC מ-2010, שהיו הראשונות שפורסמו על עצם שמיימי זה.

“בגלל הבהירות הנמוכה של המערכת הנצפית הזדקקנו לטלסקופים בקוטר 10 מטר כדי לקבל מידע על הספקטרום. מבחינה זו, לעובדה שיכולנו לבצע תצפיות בGTC היתה חשיבות מכרעת” הדגיש קוראל-סנטה.

המדידות ב-GTC נעשו באמצעות מכשיר OSIRIS, שיכול לשמש כמצלמה או כספקטוגרף בתחום הנראה. הספקטוגרף מפריד את האור שנוצר על ידי הכוכב לתדירויות השונות ומאפשר להבחין בקווים שתואמים ליסודות הכימיים השונים שקיימים באטומספירה שלו. קווים אלו מאששים את המידע על התכונות הפיסיקליות של הכוכב ועל תנועתו.

המדידות הפוטומטריות מאפשרות לקבוע את מחזור המסלול של הכוכב הבינארי, בעוד שהמידע הספקטרוסקופי מספק מידע נוסף על מהירות הכוכב בתנועתו סביב החור השחור. שילוב הפרמטרים היה חיוני לחישוב מסתו של החור השחור.

הטלסקופ Gran Telescopo Canarias – GTC שנמצא במצפה הכוכבים רוק דה לוס מוצ’אצ’וס (Roque de los Muchachos), בלה פלמה, האיים הקנריים, הוא הטלסקופ האופטי האינפרא-אדום הגדול ביותר בעולם, וקוטר המראה שלו הוא 10.4 מטר.

J. M. Corral-Santana, J. Casares, T. Shahbaz, C. Zurita, I. G. Martínez-Pais, P. Rodríguez-Gil. Evidence for a black hole in the X-ray transient XTE J1859 226. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, 2011; DOI: 10.1111/j.1745-3933.2011.01022.x

להודעה של החוקרים בסיינס דיילי