Tajemnicze czarne potwory kontrolują nasze galaktyki
Naukowcy próbują rozwikłać narodziny, wzrost i moc czarnych dziur, jednych z najpotężniejszych, a jednocześnie trudnych do wykrycia obiektów we Wszechświecie.
Najbardziej wewnętrzny brzeg tego gazowego dysku akreuje na masywną czarną dziurę. Źródło: Michela Mapelli
Dopiero w 2022 roku astronomowie byli w stanie zaprezentować pierwsze obrazy supermasywnej czarnej dziury znajdującej się w centrum naszej Galaktyki. Jednak w rzeczywistości nie można było zobaczyć samej czarnej dziury, nie bezpośrednio. Dzieje się tak dlatego, że jest ona tak gęsta, że jej grawitacyjne przyciąganie uniemożliwia ucieczkę nawet światłu.
Ale obraz Sagittariusa A*, jak nazywa się czarna dziura w naszej Galaktyce, ujawniła świecące halo gazu wokół obiektu, o którym teraz wiemy, że ma milion razy większą masę niż nasze Słońce.
Ostatnie odkrycia tego typu, jak również wiele innych, zadziwiły astronomów.
W ciągu ostatnich kilku lat wszystko, co wydawało nam się, że wiemy o czarnych dziurach, teraz opatrzone jest znakiem zapytania – powiedziała profesor Michela Mapelli, astrofizyk z Uniwersytetu w Padwie we Włoszech.
Każdy słyszał o czarnych dziurach. Niewiele osób jednak zdaje sobie sprawę z tego, jak bardzo te dziwne obiekty wciąż niepokoją astronomów.
Jedna z czarnych dziur ujawniła się astronomom w 2022 roku, kiedy to rozerwała na strzępy, a następnie połknęła gwiazdę, która zawędrowała zbyt blisko. Inna została opisana jako najszybciej rosnąca czarna dziura, jaką kiedykolwiek zaobserwowano, która pochłania w każdej sekundzie masę odpowiadającą jednej Ziemi. W rezultacie jest już 3 miliardy razy masywniejsza od naszego Słońca.
Kosmiczne malizny
Mapelli bada gwiazdowe czarne dziury, które powstają, gdy duża, szybko spalająca się gwiazda zapada się w sobie. W porównaniu z supermasywnymi, te czarne dziury to kosmiczne malizny.
Astronomowie spodziewali się, że takie czarne dziury mają od pięciu do dziesięciu razy większą masę niż nasze Słońce.
Prawda jest taka, że tego typu czarne dziury występują w znacznie szerszym zakresie rozmiarów. W ostatnich latach odkryto takie, które mają masę około 100 mas Słońca, a także jedną tak małą, jak 2,6 masy Słońca.
Jeden z systemów, który intryguje Mapelli, znany jest nam jako podwójna czarna dziura. Może się to zdarzyć, gdy dwie gwiazdy, które orbitują wokół siebie zakończą swoje życie jako czarne dziury.
Z drugiej strony, może istnieć wiele innych sposobów tworzenia się podwójnych czarnych dziur i to jest coś, co Mapelli bada w swoim projekcie DEMOBLACK.
Siedem lat temu większość ludzi była sceptycznie nastawiona do istnienia podwójnych czarnych dziur – powiedziała. Nawet teoretycy nie byli przekonani co do ich istnienia.
Teraz, powiedziała Mapelli, prawie 100 z nich zostało odkrytych. Emitują one fale grawitacyjne, fale w czasoprzestrzeni, które mogą być uchwycone przez zaawansowane detektory Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory w USA i włoski interferometr Virgo.
Według Mapelli większość astrofizyków wątpiła, czy dwie czarne dziury mogą zbliżyć się do siebie na tyle, by się połączyć, ale wtedy fale grawitacyjne zaczęły sygnalizować zderzenie czarnych dziur. Jedno szczególne zdarzenie fuzji w 2019 roku miało miejsce między czarnymi dziurami o masach od 60 do 80 mas Słońca.
Nie wiadomo, czy te czarne dziury powstały bezpośrednio z gwiazd. Wynika to z faktu, że założenie, iż czarne dziury powstałe z gwiazd miały od 5 do 10 mas Słońca, zostało teraz obalone.
Galaktyczne potwory
Największe bestie znajdują się w centrum niemal każdej galaktyki. Prawie wszystkie są aktywne, a w ich wnętrzu znajduje się grawitacyjnie wysysany gorący gaz. Niektóre z tych czarnych dziur mają masę nawet 10 miliardów raz większą od masy naszego Słońca.
To są prawdziwe potwory – powiedział profesor Christopher Reynolds z Uniwersytetu Cambridge w Wielkiej Brytanii. Ich wpływ na galaktykę może sięgać 100, a nawet 200 lat świetlnych.
Nawet w tak astronomicznych odległościach gwiazdy i galaktyki nadal odczuwają grawitacyjne przyciąganie tych czarnych dziur. Ale ich wybuchy energii, gdy pochłaniają materię, można wyczuć jeszcze dalej, aż do 100 000 lat świetlnych lub więcej.
W ramach projektu DISKtoHALO Reynolds bada, w jaki sposób te supermasywne czarne dziury rosną, zasysają do siebie gorący gaz i generują wybuchy energii na zewnątrz.
Jedną rzeczą, której astrofizycy nie byli jeszcze w stanie zrozumieć, jest to, dlaczego gaz w jądrze niektórych galaktyk może być tak gorący – od 10 do 100 milionów oC – mimo, że układy mają miliardy lat i powinny mieć dużo czasu na ochłodzenie.
To, jak czarne dziury oddziałują ze swoim bezpośrednim otoczeniem i odległymi częściami swoich galaktyk, jest niezwykle trudnym zagadnieniem. Modele komputerowe nie są w stanie pomóc, ponieważ wymaga to wglądu zarówno w stosunkowo małe skale, a także ogromne skale mierzone w latach świetlnych.
Mówimy tu o czymś wielkości piłki tenisowej regulującym coś, co jest wielkości Ziemi – powiedział Reynolds.
Jednym ze sposobów badania tych supermasywnych czarnych dziur w centrum gromad galaktyk jest badanie gorących gazów w ich pobliżu. Nie da się ich zobaczyć za pomocą teleskopu, ale ich energia jest możliwa do zaobserwowania dzięki promieniowaniu rentgenowskiemu, które emitują, ponieważ są gorące.
I znów nie wiadomo, dlaczego gorący gaz nie ochładza się i nie łączy w gwiazdy.
Potrzebujemy grzejnika, aby wysłać energię do środka gromady, a jedynym wystarczająco mocnym grzejnikiem są supermasywne czarne dziury – powiedział Reynolds.
Jak to dokładnie działa, nadal pozostaje tajemnicą dla niego i jego kolegów. Wiadomo jednak, że supermasywne czarne dziury nie żyją spokojnie.
Pomimo nowego wglądu w te dziwne galaktyczne stworzenia, prawdziwa natura czarnych dziur pozostaje niejasna. Wcześniejsze założenia zostały zachwiane.
To, czego możemy być pewni, to to, że czarne dziury nadal będą intrygować najjaśniejsze umysły w astronomii.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
