Duboko u svemirskim prostranstvima, gotovo dvije tisuće svjetlosnih godina daleko, u sazviježđu Orla na južnom nebu, europski znanstvenici otkrili su misterij, točnije dva masivna tijela stara gotovo kao i naša galaksija. Prastara, divovska zvijezda koja dijeli sustav s vrlo neobičnom crnom rupom, za kakvu se do ovog otkrića vjerovalo da je – nemoguća.
Crna rupa BH3 i njezina suputnica, divovska zvijezda klase G, uzbudili su astrofizičare iz kolaboracije Gaia, međunarodnog tima koji broji stotine znanstvenika iz cijelog svijeta, među kojima su i stručnjaci s Instituta Ruđer Bošković, pod vodstvom Europske svemirske agencije (ESA). Inače staloženi, ozbiljni i iskusni istraživači shvatili su da pred sobom imaju nesvakidašnji prizor, tako rijedak da su to otkriće objavili prije nego što su procesirane podatke s teleskopa podijelili s ostatkom znanstvene zajednice.
Priča o teleskopu Gaia počela je 1993., s gašenjem Hipparcosa, također europske misije, prvog svemirskog teleskopa koji je bio dizajniran specifično za precizna astrometrijska mjerenja. Dok teleskopi poput Hubblea, i odnedavno Jamesa Webba, detaljno proučavaju udaljene zanimljivosti, Hipparcos je bio kartograf. Njegova je zadaća bila otkriti točne detalje o objektima u našem svemirskom susjedstvu – precizna mjerenja luminoznosti, položaja i brzine udaljenih zvijezda. Za sobom je ostavio visoko precizan katalog više od 100.000 zvijezda te manje precizne kataloge s ukupno više od 2,5 milijuna zvijezda.
Nakon njegova gašenja, ESA je pokrenuo razvoj nasljednika, Gaiae, pred koju su postavljeni mnogo, mnogo ambiciozniji ciljevi. Gaia bi trebala, do kraja svojeg životnog vijeka sljedeće godine, pripremiti podatke za izdavanje novog kataloga objekata u svemiru magnitude – mjere njihovog sjaja – do 20, što su vrlo, vrlo tamni objekti na noćnom nebu, nevidljivi ljudskom oku. Očekuje se da će Gaia identificirati, locirati i arhivirati ukupno milijardu nebeskih objekata, odnosno oko jedan posto ukupnog broja objekata u Mliječnoj stazi. Velika većina tih objekata bit će zvijezde, no očekuje se i pronalazak desetaka tisuća masivnih egzoplaneta – otkrivenih uz pomoć periodičkog pomaka njihovih matičnih zvijezda – kao i oko pola milijuna kvazara izvan naše galaksije te desetaka tisuća znanih i neznanih asteroida i kometa unutar našeg Sunčevog sustava.
Priča o teleskopu Gaia počela je 1993., a nagodinu će prestati slati podatke. Za sobom ostavlja visokoprecizan katalog sa 100.000 zvijezda i nešto manje precizan s još 2,5 milijuna. Identificirat će, locirati i arhivirati milijardu nebeskih objekata
Gaia to čini uz pomoć dva zrcalna teleskopa koji gledaju u različitim smjerovima i najveće digitalne kamere ikad poslane u svemir, s gotovo 1.000 megapiksela. Dok se letjelica lagano okreće, snimaju se isti objekti iz lagano pomaknute perspektive, što omogućuje procjenu njihove udaljenosti. Opetovana mjerenja – samo tijekom prvih pet godina misije Gaia svaki je objekt snimila barem 70 puta – omogućavaju postizanje ne samo izvanredne preciznosti, nego i otkrivanje kretanja, ali i evoluciju objekata koji se prate.
Razvoj letjelice – od ideje do izrade – trajao je gotovo cijelo desetljeće. Sam teleskop gradio je EADS Astrium, danas podružnica Airbusa zadužena za obranu i svemir, a za put do odredišta je bila zadužena ruska raketa Soyuz ST-B, lansirana u prosincu 2013. iz europskog kozmodroma u Francuskoj Gvajani.
Nalik teleskopu James Webb, i Gaia se nalazi u jednoj od egzotičnih orbita oko Lagrangeove točke L2, milijun i pol kilometara daleko od Zemlje, na kojoj se gravitacijski utjecaji Sunca i našeg planeta poništavaju. Kako bi bila što mirnija, letjelica nema nikakve žiroskope ni mehaničke uređaje za održavanje smjera, već svoju preciznost održava uz pomoć majušnih impulsa dušikovih potisnika, što je faktor koji u konačnici ograničava njezin životni vijek – do polovice iduće godine, procjenjuje se, ostat će bez dušika, i više neće moći vršiti precizna mjerenja. No, podaci koje je prikupila – i koje još prikuplja – pružat će tisućama znanstvenika diljem svijeta materijale koji će se moći koristiti za dolazak do brojnih novih otkrića. Promjene u opaženim zvijezdama, nastanak supernova, kretanja zvijezda unutar skupina i unutar cijele galaksije, omogućit će astrofizičarima izradu novih teorija o nastanku i evoluciji zvijezda i galaksija, njihovim životnim ciklusima i brojnim astronomskim pojavama.
Gaia je svoju prvu crnu rupu – Gaia BH1 – opazila 2022. godine, zahvaljujući preciznosti svojih astrometrijskih instrumenata. Iako je crne rupe nemoguće vidjeti, moguće je detektirati njihov utjecaj na obližnja nebeska tijela. Podaci s Gaiae ukazali su na značajna kolebanja žutog patuljka neznatno manjeg od Sunca, čije se neobično kretanje nije moglo objasniti nikako drugačije osim prisustvom crne rupe mase oko deset Sunčevih masa. Radilo se o nama najbližoj crnoj rupi ikad otkrivenoj, udaljenoj oko 1.560 svjetlosnih godina od Zemlje, a njeno otkriće naknadno su potvrdila i mjerenja drugih timova astronoma s drugih teleskopa. U istom setu podataka pronađena je još jedna kandidatkinja za crnu rupu slične mase, koja bi se mogla nalaziti u binarnom sustavu s crvenim divom Sunčeve mase udaljenim oko 3.800 svjetlosnih godina od nas. I ovo je otkriće naknadno potvrđeno, a crna rupa nazvana je Gaia BH2. I jedna i druga bile su dosad najbliže otkrivene crne rupe, no njihove su karakteristike bile u domeni očekivanih teorijskih modela. Gaia BH3, najnovije otkriće, šokirala je znanstvenike svojom veličinom.
Crne rupe većinom nastaju u nasilnim završecima života masivnih zvijezda, eksplozijama supernova. Kada zvijezda barem 20 puta masivnija od Sunca dođe do kraja svojeg životnog vijeka – ostane bez goriva za fuziju – sila koja je sprečavala njezinu imploziju nestaje i dolazi do katastrofalnog kolapsa. Većina mase zvijezde rasprši se po okolnom svemiru, dok se njezina jezgra uruši sama u sebe i postane crna rupa. Takvu crnu rupu nazivamo crna rupa zvjezdanog porijekla, jer je nastala izravno iz zvijezde. Do ovog se otkrića vjerovalo da se poznaje gornja granica mase takvih crnih rupa – koliko bi najviše materije mogle održati na okupu nakon eksplozije supernove – no Gaia BH3 srušila je sve pretpostavke. Dosad najmasivnija otkrivena crna rupa tog tipa, Cygnus X-1, bila je dvadeset puta masivnija od Sunca, i bila je na samoj granici onoga što su znanstvenici vjerovali da je moguće. Gaia BH3 je najmanje trideset puta masivnija od Sunca.
Ono što je zanimljivo kod ovog otkrića je i suputnik crne rupe – žuti div četiri puta većeg polumjera od Sunca, no s tek tri četvrt njegove mase: ta je zvijezda je izrazito siromašna teškim elementima, što znači da se radi o staroj zvijezdi druge generacije, oko deset do trinaest milijardi godina staroj, nastaloj u vrijeme stvaranja Mliječnog puta.
Gaia BH3 i njezin suputnik kruže oko sjedišta naše galaksije u obrnutom smjeru od većine ostalih zvijezda, kao dio iznimno rijetke skupine zvijezda nazvane ED-2. Ta je skupina vjerojatno preživjeli trag sudara Mliječne staze i starog kuglastog skupa, sferičnog oblaka zvijezda moguće starijeg od naše galaksije.
Sve vezano uz taj bizarni binarni sustav puno je nepoznanica koje uzbuđuju astrofizičare. Kako je moguća tako masivna crna rupa nastala iz zvijezde prve generacije? Kako je dobila svojeg suputnika? Otkud su došli, i kako su postali dio Mliječne staze? Pitanja su to na koje će pokušati odgovoriti drugi timovi koji će imati vremena pažljivije proučavati podatke s teleskopa Gaia, ali i niz drugih znanstvenika koji se koriste drugim teleskopima, poput Jamesa Webba, koji sada znaju da ih u smjeru sazviježđa Orla, gotovo 2.000 svjetlosnih godina daleko, čeka misterij koji treba razriješiti.
