Skupisko małych czarnych dziur w gromadzie kulistej NGC 6397

Astronomowie znaleźli w sercu gromady kulistej NGC 6397 coś, czego się nie spodziewali: skupisko czających się tam mniejszych czarnych dziur zamiast jednej masywnej czarnej dziury.


Gromady kuliste to niezwykle gęste układy gwiezdne, w których znajdują się blisko siebie upakowane gwiazdy. Układy te zazwyczaj są także bardzo stare – gromada kulista będąca przedmiotem tych badań, NGC 6397, jest prawie tak stara, jak sam Wszechświat i znajduje się w odległości 7800 lat świetlnych, co czyni ją jedną z najbliższych Ziemi gromad kulistych.

Początkowo astronomowie myśleli, że w tej gromadzie znajduje się czarna dziura o masie pośredniej (IMBH). Takie czarne dziury są od lat poszukiwanym „brakującym ogniwem” między supermasywnymi czarnymi dziurami (wiele milionów mas Słońca), które znajdują się w jądrach galaktyk, a czarnymi dziurami o masie gwiazdowej (kilka razy większej od masy Słońca), które powstają po zapadnięciu się pojedynczej masywnej gwiazdy. Samo ich istnienie jest przedmiotem gorącej debaty. Do tej pory zidentyfikowano zaledwie kilka kandydatów na IMBH.

„Znaleźliśmy bardzo mocne dowody na niewidzialną masę w gęstym jądrze gromady kulistej, ale byliśmy zaskoczeni, gdy okazało się, że ta dodatkowa masa nie jest ‘punktowa’ (czego można by się spodziewać w przypadku pojedynczej masywnej czarnej dziury), ale jest rozszerzona do kilku procent rozmiaru gromady” – powiedział Eduardo Vitral z Paris Institute of Astrophysics (IAP) w Paryżu we Francji.

Aby wykryć tę nieuchwytną ukrytą masę, Vitral i Gary Mamon, również z IAP, wykorzystali prędkość gwiazd w gromadzie, aby określić rozkład jej masy całkowitej, czyli zarówno masy w widocznych gwiazdach, jak i w gwiazdach słabych i czarnych dziurach. Im więcej masy w jakimś miejscu, tym szybciej wokół niego poruszają się gwiazdy.

Naukowcy wykorzystali wcześniejsze oszacowania niewielkich ruchów własnych gwiazd (ich pozorny ruch na niebie), które pozwalają określić ich rzeczywiste prędkości w gromadzie. Te precyzyjne pomiary gwiazd w jądrze gromady można było wykonać jedynie za pomocą teleskopu Hubble’a w ciągu kilku lat obserwacji. Dane z Hubble’a zostały dodane do dobrze skalibrowanych prawidłowych pomiarów ruchu własnego dostarczonych przez obserwatorium kosmiczne Gaia, które są jednak mniej dokładne niż obserwacje Hubble’a w jądrze gromady.

„Nasza analiza wykazała, że orbity gwiazd zbliżone są do przypadkowych w całej gromadzie kulistej, a nie systematycznie koliste lub bardzo wydłużone” – wyjaśnia Mamon. Te kształty orbit o umiarkowanym wydłużeniu ograniczają to, jaka musi być masa wewnętrzna.

Naukowcy doszli do wniosku, że niewidoczny składnik może być zbudowany tylko z pozostałości masywnych gwiazd (białych karłówgwiazd neutronowych i czarnych dziur), biorąc pod uwagę jego masę, rozmiar i położenie. Te gwiezdne pozostałości, po oddziaływaniu grawitacyjnym z pobliskimi, mniej masywnymi gwiazdami, stopniowo opadały do środka gromady. Zjawisko to nazywane jest „tarciem dynamicznym”, gdzie poprzez wymianę pędu cięższe gwiazdy są segregowane w jądrze gromady, a gwiazdy o niższej masie migrują na obrzeża gromady.

„Wykorzystaliśmy teorię ewolucji gwiazd, aby dojść do wniosku, że większość dodatkowej masy, którą znaleźliśmy, miała postać czarnych dziur” – powiedział Mamon. Dwa inne badania również sugerowały, że pozostałości gwiazd, w szczególności czarne dziury o masach gwiazdowych, mogą zasiedlać wewnętrzne obszary gromad kulistych. „Nasze badanie jest pierwszym, które dostarcza zarówno masy jak i rozmiaru czegoś, co wydaje się być zbiorem głównie czarnych dziur w centrum gromady kulistej z zapadniętym jądrem” – dodał Vitral.

Astronomowie zauważają również, że odkrycie to stwarza możliwość, że połączenia tych ciasno upakowanych czarnych dziur w gromady kuliste mogą być ważnym źródłem fal grawitacyjnych, zmarszczek w czasoprzestrzeni. Takie zjawiska można było wykryć w eksperymencie LIGO.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Dziwne fale radiowe wyłaniają się z kierunku centrum Galaktyki

Odkryto nową „skamieniałą galaktykę” zakopaną głęboko w Drodze Mlecznej

W pobliżu jednej z najstarszych gwiazd w naszej galaktyce odkryto „superziemię”