Śmierć gwiazdy pokazuje średniej wielkości czarną dziurę w galaktyce karłowatej
Badając czarne dziury o masie pośredniej, naukowcy mają nadzieję poprawić swoje zrozumienie tego, jak rosną supermasywne czarne dziury w masywnych galaktykach.
Astronomowie odkryli gwiazdę rozrywaną przez czarną dziurę w galaktyce karłowatej. Naukowcy skierowali tam HST, aby zbadać następstwa zjawiska rozerwania pływowego, które widać na środku obrazu. Kamera ultrafioletowa Hubble'a zarejestrowała pierścień gwiazd tworzący się wokół jądra galaktyki, w którym znajduje się AT 2020neh. Źródło: NASA, ESA, Ryan Foley/UC Santa Cruz.
Niewykryta czarna dziura o masie pośredniej czająca się w galaktyce karłowatej SDSS J152120.07+140410.5 ukazała się astronomom, gdy pochłonęła pechową gwiazdę, która zbytnio się do niej zbliżyła. Rozerwanie gwiazdy, znane jako „rozerwanie pływowe” lub TDE, mające oznaczenie AT 2020neh, wywołało rozbłysk promieniowania, który na krótko przyćmił połączone światło wszystkich gwiazd macierzystej galaktyki karłowatej. Obserwacja ta może pomóc zrozumieć zależność pomiędzy czarnymi dziurami a galaktykami.
Rozbłysk został uchwycony przez astronomów za pomocą Young Supernova Experiment (YSE), przeglądu mającego na celu wykrywanie kosmicznych eksplozji i krótkotrwałych zdarzeń astrofizycznych. Międzynarodowy zespół kierowany przez naukowców z UC Santa Cruz, Instytutu Nielsa Bohra na Uniwersytecie w Kopenhadze i Uniwersytetu Stanowego w Waszyngtonie poinformował o odkryciu w artykule opublikowanym 10 listopada 2022 roku w Nature Astronomy.
To odkrycie wywołało powszechne zainteresowanie, ponieważ możemy wykorzystać zdarzenia rozerwania pływowego nie tylko do znajdowania większej liczby czarnych dziur o masie pośredniej w cichych galaktykach karłowatych, ale także do zmierzenia ich masy – powiedział współautor Ryan Foley, adiunkt astronomii i astrofizyki w UC Santa Cruz, który pomógł zaplanować przegląd YSE.
Pierwsza autorka pracy Charlotte Angus z Niels Bohr Institute powiedziała, że ustalenia zespołu stanowią podstawę do przyszłych badań średniej wielkości czarnych dziur.
Fakt, że byliśmy w stanie uchwycić tę średniej wielkości czarną dziurę, gdy pożerała ona gwiazdę, dał nam niezwykłą okazję do wykrycia tego, co w przeciwnym razie byłoby przed nami ukryte – powiedziała Angus. Co więcej, możemy wykorzystać właściwości samego rozbłysku, aby lepiej zrozumieć tę nieuchwytną grupę czarnych dziur o masie pośredniej, które mogą odpowiadać za większość czarnych dziur w centrach galaktyk.
Supermasywne czarne dziury znajdują się w centrach wszystkich masywnych galaktyk, w tym naszej Drodze Mlecznej. Astronomowie przypuszczają, że te masywne bestie, o masie miliony lub miliardy razy większej od masy Słońca, mogły wyrosnąć z mniejszych czarnych dziur o masie pośredniej, o masach od tysięcy do setek tysięcy mas Słońca.
Jedna z teorii wyjaśniająca, w jaki sposób powstały te masywne czarne dziury, głosi, że wczesny Wszechświat obfitował w małe galaktyki karłowate z czarnymi dziurami o masie pośredniej. Z biegiem czasu te karłowate galaktyki łączyły się lub były pochłaniane przez masywniejsze galaktyki, a ich jądra łączyły się za każdym razem, tworząc masę w centrum rosnącej galaktyki. Ten proces łączenia się galaktyk ostatecznie doprowadził do powstania supermasywnych czarnych dziur widocznych dzisiaj.
Jeżeli będziemy w stanie zrozumieć populację czarnych dziur o masie pośredniej – ile ich jest i gdzie się znajdują – możemy pomóc ustalić, czy nasze teorie powstawania supermasywnych czarnych dziur są poprawne – powiedział współautor, Enrico Ramirez-Ruiz, profesor astronomii i astrofizyki na UCSC oraz profesor Niels Bohr Professor na Uniwersytecie w Kopenhadze.
Ale czy wszystkie galaktyki karłowate mają czarne dziury o masie pośredniej? Trudno to stwierdzić, ponieważ wykrycie takich czarnych dziur jest niezwykle trudne – powiedział Ramirez-Ruiz.
Klasyczne techniki polowania na czarne dziury, które szukają aktywnego oddziaływania z otoczeniem, często nie są wystarczająco czułe, aby odkryć czarne dziury w centrach galaktyk karłowatych. W rezultacie wiadomo, że tylko niewielki ułamek galaktyk karłowatych posiada czarne dziury o masie pośredniej. Znalezienie większej ilości tych obiektów w wyniku zdarzenia rozerwania pływowego mogłoby pomóc w rozstrzygnięciu debaty na temat powstawania supermasywnych czarnych dziur.
Jednym z największych otwartych pytań w astronomii jest obecnie to, jak tworzą się supermasywne czarne dziury – powiedziała współautorka Vivienne Baldassare, profesor fizyki i astronomii na Washington State University.
Dane z Young Supernova Experiment pozwoliły zespołowi na wykrycie pierwszych oznak światła, gdy czarna dziura zaczęła pochłaniać gwiazdę. Uchwycenie tego początkowego momentu było kluczowe dla ustalenia, jak duża była czarna dziura, ponieważ czas trwania tych zdarzeń można wykorzystać do pomiaru masy centralnej czarnej dziury. Ta metoda, która do tej pory okazała się skuteczna tylko w przypadku supermasywnych czarnych dziur, została po raz pierwszy zaproponowana przez Ramireza-Ruiza i współautorkę Brennę Mockler z UC Santa Cruz.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
