Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, astronomowie odkryli najbliższą Ziemi supermasywną czarną dziurę – kosmicznego olbrzyma „zamrożonego w czasie”.
Jako przykład trudnej do wykrycia „czarnej dziury o masie pośredniej” obiekt ten może stanowić brakujące ogniwo w zrozumieniu związku pomiędzy masą gwiazd a supermasywnymi czarnymi dziurami. Wydaje się, że czarna dziura ma masę około 8200 mas Słońca, co czyni ją znacznie masywniejszą niż czarne dziury o masach gwiazdowych, których masa waha się od 5 do 100 mas Słońca, i znacznie mniej masywna niż supermasywne czarne dziury , które mają masę od milionów do miliardów masy Słońca. Najbliższa odkryta przez naukowców czarna dziura o masie gwiazdowej nazywa się Gaia-BH1 i znajduje się zaledwie 1560 lat świetlnych od nas.
Z drugiej strony nowo odkryta czarna dziura o masie pośredniej znajduje się w niesamowitej gromadzie około dziesięciu milionów gwiazd zwanej Omega Centauri, która znajduje się około 18 tysięcy lat świetlnych od Ziemi.
Co ciekawe, fakt, że „zamrożona” czarna dziura najwyraźniej zatrzymała swój rozwój, potwierdza tezę, że Omega Centauri to pozostałości starożytnej galaktyki, która została pożarta przez naszą.
Powiązany: Zobacz, jak supermasywna czarna dziura więzi „rozmyty” dysk w tej symulacji
Sugeruje to, że Omega Centauri jest w rzeczywistości jądrem oddzielnej młodej galaktyki, której ewolucja została zatrzymana, gdy została połknięta przez Drogę Mleczną. Gdyby to wydarzenie nie miało miejsca, ta pośrednia czarna dziura mogłaby urosnąć do stanu supermasywnego, podobnie jak supermasywna czarna dziura w Drodze Mlecznej, Sagittarius A* (Sgr A*), która ma masę 4,3 miliona mas Słońca i znajduje się daleko, 27 000 lat świetlnych od Ziemi.
Znajdź to, czego brakuje
Naukowcy wiedzą od jakiegoś czasu, że nie wszystkie czarne dziury są sobie równe. Chociaż wiadomo, że czarne dziury o masach gwiazdowych powstają w wyniku zapadnięcia się gwiazd o masie co najmniej ośmiokrotnie większej od masy Słońca, supermasywne czarne dziury muszą mieć inne pochodzenie. Dzieje się tak dlatego, że żadna gwiazda nie jest wystarczająco masywna, aby zapaść się i pozostawić pozostałości tej czarnej dziury. Miliony Wiele razy większy od słońca.
Dlatego naukowcy sugerują, że supermasywne czarne dziury powstają i rosną w wyniku łączenia się łańcuchów czarnych dziur, które stopniowo powiększają się. Zostało to udowodnione przez odkrycie zmarszczek w czasoprzestrzeni, zwanych falami grawitacyjnymi, powstających w wyniku łączenia się czarnych dziur.
Proces łączenia i wzrostu czarnych dziur, w połączeniu z ogromną różnicą w masie pomiędzy czarnymi dziurami o masach gwiazdowych a supermasywnymi czarnymi dziurami, oznacza, że powinna istnieć duża liczba czarnych dziur średniej wielkości.
Wydaje się jednak, że te czarne dziury o masach pośrednich i masach od kilkuset do kilku tysięcy mas Słońca w większości uniknęły wykrycia. Dzieje się tak dlatego, że te średniej wielkości gigantyczne czarne dziury, podobnie jak wszystkie czarne dziury, mają zewnętrzne granice zwane horyzontami zdarzeń.
Horyzont zdarzeń to punkt, w którym wpływ grawitacyjny czarnej dziury staje się tak masywny, że nawet światło nie może uciec. Zatem czarne dziury można zobaczyć w świetle tylko wtedy, gdy są otoczone materią, którą się żywią, świecącą podczas ogrzewania, lub jeśli rozpadają się i żywią się niefortunną gwiazdą w tak zwanym „zdarzeniu rozerwania pływowego” (TDE).
Czarne dziury pośrednie, takie jak ta w Omega Centauri, nie są otoczone dużą ilością materii i nie odżywiają się.
Oznacza to, że astronomowie muszą wykazać się pewnymi umiejętnościami podczas poszukiwania takich czarnych dziur. Wykorzystują efekty grawitacyjne, jakie te puste przestrzenie wywierają na materię, takie jak krążące wokół nich gwiazdy lub światło, które przez nie przechodzi. Nowy zespół odkrywców zastosował pierwszą metodę.
Przyspieszająca gwiazda
Poszukiwania tej pośredniej czarnej dziury rozpoczęły się w 2019 roku, kiedy Nadine Neumayer z Instytutu Astronomii Maxa Plancka (MPIA) i Anil Seth z Uniwersytetu Utah zaprojektowali projekt badawczy, który miał poprawić nasze zrozumienie historii powstawania Omega Centauri.
W szczególności badacze wraz z Maximilianem Haberlem, doktorantem w Instytucie Nauk Kosmicznych im. Maxa Plancka, chcieli znaleźć szybko poruszające się gwiazdy w Omega Centauri, które udowodniłyby, że gromada gwiazd ma masywną, gęstą lub zwartą czarną dziurę. napęd centralny.” Podobną metodę zastosowano do określenia masy i rozmiaru Sgr A* na podstawie grupy szybko poruszających się gwiazd w jądrze Drogi Mlecznej.
Haberle i jego zespół wykorzystali ponad 500 zdjęć tej gromady gwiazd z Hubble’a do zbudowania ogromnej bazy danych dotyczącej ruchów gwiazd w Omega Centauri, mierząc prędkości około 1,4 miliona gwiazd. To powtórzone zdjęcie Omega Centauri, które Hubble wykonał nie w celach naukowych, ale w celu kalibracji swoich instrumentów, stanowiło doskonały zbiór danych dla misji zespołu.
„Szukanie gwiazd poruszających się z dużą prędkością i dokumentowanie ich ruchu było jak szukanie igły w stogu siana” – powiedział Haberle. Ostatecznie zespół znalazł nie jedną igłę, a tylko jedną igłę. Siedem „Gwiazdy przypominające igłę w stogu siana”, wszystkie poruszające się z dużymi prędkościami w małym obszarze w sercu Omega Centauri.
Duża prędkość tych gwiazd wynika z pobliskiej skoncentrowanej masy. Gdyby zespół znalazł tylko jedną szybką gwiazdę, nie byłoby możliwe ustalenie, czy jej prędkość wynika z dużej, pobliskiej masy centralnej, czy też jest to gwiazda uciekająca, poruszająca się bardzo szybko po prostej drodze – w przypadku braku dowolnej masy centralnej.
Obserwacja i pomiar różnych prędkości i kierunków siedmiu gwiazd pozwoliła na wyciągnięcie takiego wniosku. Pomiary wykazały masę centralną odpowiadającą 8200 słońcom, podczas gdy oględziny obszaru nie ujawniły żadnych obiektów przypominających gwiazdy. Dokładnie tego spodziewalibyśmy się znaleźć, gdyby w tym regionie istniała czarna dziura, którą zespół określił jako „miesiące świetlne”.
Fakt, że nasza galaktyka dojrzała na tyle, aby w swoim sercu wykształcić supermasywną czarną dziurę, oznacza, że mogła przekroczyć punkt, w którym występuje wiele czarnych dziur o masach pośrednich. Zespół twierdzi, że ta dziura istnieje w Drodze Mlecznej, ponieważ kanibalizm w jej macierzystej galaktyce doprowadził do ograniczenia jej procesów wzrostu.
Haberle powiedział: „Poprzednie badania postawiły bardzo ważne pytania, takie jak: Gdzie znajdują się gwiazdy o dużych prędkościach? Teraz mamy odpowiedź na to pytanie i potwierdzenie, że gwiazda Omega Centauri zawiera czarną dziurę o masie pośredniej 18 tysięcy lat świetlnych, to „najbliższy znany przykład supermasywnej czarnej dziury”.
Oczywiście nie zmienia to tak naprawdę statusu Sgr A* jako najbliższej Ziemi supermasywnej czarnej dziury ani statusu Gaia BH1 jako najbliższej Ziemi czarnej dziury o masie gwiazdowej – daje jednak pewną pewność, że naukowcy są na dobrej drodze właściwą drogę, gdy pomyślą o tym, jak nasza czarna dziura mogła w ogóle stać się centrum kosmicznego giganta.
Wyniki badań zespołu opublikowano w środę (10 lipca) w czasopiśmie Nature.
„Amatorski przedsiębiorca. Profesjonalny ekspert od internetu. Człowiek zombie. Nieuleczalny badacz popkultury”.