Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, astronomowie odkryli największą czarną dziurę, jaką Ziemia kiedykolwiek widziała, kosmicznego Tytana „zamrożonego w czasie”.
Obiekt ten, będący przykładem nieuchwytnej „czarnej dziury o masie pośredniej”, może służyć jako brakujące ogniwo w zrozumieniu powiązania pomiędzy masami gwiazdowymi a supermasywnymi czarnymi dziurami. Wydaje się, że czarna dziura ma około 8200 słońc, czyli jest znacznie masywniejsza niż czarne dziury o masach gwiazdowych, które są od 5 do 100 razy większe od masy Słońca, i znacznie mniej masywna niż trafnie nazwane supermasywne czarne dziury. Masa Słońca waha się od milionów do miliardów. Najbliższa czarna dziura o masie gwiazdowej, jaką odkryli naukowcy, nazywa się Gaia-BH1 i znajduje się 1560 lat świetlnych od nas.
Z drugiej strony nowo odkryta czarna dziura o masie pośredniej znajduje się we wspaniałej gromadzie około dziesięciu milionów gwiazd zwanej Omega Centauri, położonej 18 000 lat świetlnych od Ziemi.
Co ciekawe, fakt, że „zamrożona” czarna dziura najwyraźniej zahamowała jej rozwój, potwierdza tezę, że Omega Centauri to pozostałości starożytnej galaktyki, która została zjedzona przez naszą własną galaktykę.
Powiązany: W tej symulacji zobacz, jak supermasywna czarna dziura zostaje uwięziona w „puszystym” dysku
Sugerowałoby to, że Omega Centauri jest w rzeczywistości jądrem małej, izolowanej galaktyki, której ewolucja została przerwana, gdy połknęła ją Droga Mleczna. Gdyby to wydarzenie nigdy nie miało miejsca, ta międzygwiazdowa czarna dziura znajdowałaby się we własnej supermasywnej czarnej dziurze Drogi Mlecznej, Sagittarius A* (Sgr A*), o masie 4,3 miliona mas Słońca. Znajduje się 27 000 lat świetlnych od Ziemi.
Poszukiwanie zaginionych
Naukowcy wiedzą od jakiegoś czasu, że nie wszystkie czarne dziury są sobie równe. Chociaż wiadomo, że czarne dziury o masach gwiazdowych powstają w wyniku zapadania się gwiazd o masach co najmniej ośmiokrotnie większych od Słońca, supermasywne czarne dziury muszą mieć inne pochodzenie. Ponieważ żadna gwiazda nie jest wystarczająco duża, aby zapaść się i przetrwać Miliony Wiele razy większy od Słońca.
Dlatego naukowcy sugerują, że supermasywne czarne dziury powstają i rosną w wyniku łączenia się łańcuchów coraz większych czarnych dziur. Wykazano to poprzez wykrycie zmarszczek w czasoprzestrzeni, zwanych falami grawitacyjnymi, emitowanych z łączącej się czarnej dziury.
Ten proces łączenia się i wzrostu czarnych dziur, w połączeniu z różnicą mas między czarnymi dziurami o masach gwiazdowych a supermasywnymi czarnymi dziurami, oznacza, że powinna istnieć populacja czarnych dziur o masach pośrednich.
Niemniej jednak wydaje się, że te czarne dziury o masach pośrednich i masach od kilkuset do kilku tysięcy mas Słońca w większości umykały wykryciu. Dzieje się tak dlatego, że podobnie jak wszystkie czarne dziury, te średniej wielkości kosmiczne tytany są oznaczone zewnętrznymi granicami zwanymi granicami zdarzeń.
Horyzont zdarzeń to punkt, w którym wpływ grawitacyjny czarnej dziury staje się tak ogromny, że nawet światło nie jest wystarczająco szybkie, aby mu uciec. Dlatego czarne dziury można zobaczyć w świetle tylko wtedy, gdy są otoczone materią, która może się nimi odżywiać, która świeci w miarę nagrzewania się lub rozdzierają się i żywią się nieszczęśliwą gwiazdą w tak zwanym „zdarzeniu rozerwania pływowego” (TDE).
Międzygwiazdowe czarne dziury, takie jak te w Omega Centauri, nie są otoczone tak dużą ilością materiału i pożywienia.
Oznacza to, że astronomowie muszą wykazać się nieco większą przebiegłością podczas polowania na takie czarne dziury. Wykorzystują wpływ grawitacyjny, jaki te puste przestrzenie wywierają na materię, taką jak krążące wokół nich gwiazdy lub przechodzące przez nie światło. Ten nowy zespół odkrywców zastosował poprzednią metodę.
Szybka gwiazda
Polowanie na tę międzygwiazdową czarną dziurę rozpoczęło się w 2019 roku, kiedy Nadine Neumeier 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 i współpracownicy Maximilian Heberle, doktor MPIA. Student chciał znaleźć szybko poruszające się gwiazdy w Omega Centauri, wykazując, że gromada gwiazd ma masywną, gęstą lub zwartą czarną dziurę z „silnikiem centralnym”. Podobną metodę zastosowano do określenia masy i rozmiaru Sgr A* na podstawie liczby szybko poruszających się gwiazd w centrum Drogi Mlecznej.
Haeberle i jego zespół wykorzystali ponad 500 zdjęć tej gromady gwiazd z Hubble’a, aby stworzyć obszerną bazę danych dotyczącą ruchów gwiazd w Omega Centauri, mierząc prędkości około 1,4 miliona gwiazd. Ta stale powtarzająca się obserwacja Omega Centauri została przeprowadzona przez Hubble’a nie z powodów naukowych, ale w celu skalibrowania swoich instrumentów, co zapewniłoby lepsze dane do pracy zespołu.
„Szukanie supernowych i dokumentowanie ich ruchu jest jak szukanie igły w stogu siana” – powiedział Heberle. Zespół ostatecznie jednak nie znalazł takiego Siedem „Gwiazdy jak igła w stogu siana”, wszystkie poruszające się z dużą prędkością na małym obszarze w centrum Omega Centauri.
Duża prędkość tych gwiazd wynika z pobliskiej skoncentrowanej masy. Gdyby zespół znalazł tylko jedną szybką gwiazdę, nie byłoby możliwe określenie, czy jej prędkość wynikała z dużej i bliskiej masy centralnej, czy też gwiazda była po prostu uciekającą gwiazdą pędzącą po prostej drodze – czy też niczym. Masa centralna.
Znalezienie i zmierzenie różnych prędkości i kierunków siedmiu gwiazd pozwoliło na dokonanie tego ustalenia. Pomiary wykazały masę centralną równą 8200 słońc, podczas gdy badania wizualne regionu nie wykazały żadnych obiektów przypominających gwiazdy. Ten region, który zespół określił jako szeroki na „miesiące świetlne”, jest tym, czego można by się spodziewać, gdyby zlokalizowano czarną dziurę.
Nasza galaktyka jest wystarczająco dojrzała, aby w swoim sercu wyhodować supermasywną czarną dziurę, daleko poza punktem, w którym miałaby wiele własnych czarnych dziur o masach pośrednich. Zespół twierdzi, że znajduje się w Drodze Mlecznej, ponieważ kanibalizacja jej pierwotnej galaktyki spowolniła procesy wzrostu.
„Wcześniejsze badania pytały: «Więc gdzie są superszybkie gwiazdy?» „Teraz mamy odpowiedź i potwierdzamy, że Omega Centauri ma czarną dziurę o masie pośredniej” – powiedział Heberle. „Około 18 000 lat świetlnych stąd jest to najbliższy przykład supermasywnej czarnej dziury”.
Oczywiście nie zmienia to w rzeczywistości statusu Sgr A* jako najbliższej Ziemi supermasywnej czarnej dziury ani statusu Gaia BH1 jako najbliższej Ziemi czarnej dziury o masie gwiazdowej – ale potwierdza, że naukowcy mają rację. Kontynuuj, gdy po raz pierwszy zastanowimy się, jak nasza centralna czarna dziura stała się kosmicznym tytanem.
Badanie zespołu opublikowano w środę (10 lipca) w czasopiśmie Nature.
„Profesjonalny webaholik. Pisarz. Telewizyjny geek. Nieuleczalny podróżnik. Znawca mediów społecznościowych. Ekspert od bekonu.”