Teleskopy zaobserwowały rzadki typ czarnej dziury pochłaniającej gwiazdę
Kosmiczny Teleskop Hubble’a oraz Obserwatorium Rentgenowskie Chandra połączyły siły, aby zidentyfikować nowy, potencjalny przykład rzadkiej klasy czarnych dziur.
.jpg) |
| Zdjęcie wykonane przez HST przedstawia dwie galaktyki: NGC 6099 (u dołu po lewej) i NGC 6098 (u góry po prawej). Fioletowa plama przedstawia emisję promieniowania rentgenowskiego ze zwartej gromady gwiazd. Promieniowanie X jest wytwarzane przez IMBH, która rozrywa gwiazdę. Źródło: NASA, ESA, CXC, Yi-Chi Chang (National Tsing Hua University); Obróbka zdjęcia: Joseph DePasquale (STScI) |
Nazwane NGC 6099 HLX-1, to jasne źródło promieniowania rentgenowskiego, które wydaje się znajdować w zwartej gromadzie gwiazd w gigantycznej galaktyce eliptycznej.
Zaledwie kilka lat po starcie w 1990 roku teleskop Hubble’a odkrył, że galaktyki w całym Wszechświecie mogą posiadać w swoich jądrach supermasywne czarne dziury o masie milionów lub miliardów razy większej od masy naszego Słońca. Ponadto galaktyki zawierają również miliony małych czarnych dziur o masie mniejszej niż 100 mas Słońca. Powstają one, gdy masywne gwiazdy osiągają koniec swojego życia.
Znacznie trudniejsze do wykrycia są czarne dziury o masie pośredniej (IMBH), których masa wynosi od kilkuset do kilkuset tysięcy mas Słońca. Ta kategoria czarnych dziur, które nie są ani zbyt duże, ani zbyt małe, jest dla nas często niewidoczna, ponieważ IMBH nie pochłaniają tak dużej ilości gazu i gwiazd jak supermasywne czarne dziury, które emitują silne promieniowanie. Aby je wykryć, trzeba przyłapać je w trakcie żerowania. Kiedy od czasu do czasu pochłaniają nieszczęsną gwiazdę, która znalazła się w pobliżu – w zjawisku nazywanym przez astronomów rozerwaniem pływowym – emitują potężny strumień promieniowania.
Najnowsza prawdopodobna IMBH, wykryta dzięki danym z teleskopu, znajduje się na obrzeżach galaktyki NGC 6099, około 40 000 lat świetlnych od jej centrum, jak opisano w nowej pracy opublikowanej w Astrophysical Journal. Galaktyka ta znajduje się około 450 milionów lat świetlnych od nas, w kierunku konstelacji Herkulesa.
Astronomowie po raz pierwszy zaobserwowali niezwykłe źródło promieniowania rentgenowskiego na zdjęciu wykonanym przez teleskop Chandra w 2009 roku. Następnie śledzili jego ewolucję za pomocą obserwatorium kosmicznego XMM-Newton.
Źródła promieniowania rentgenowskiego o tak ekstremalnej jasności są rzadkością poza jądrami galaktyk i mogą służyć jako kluczowy wskaźnik do identyfikacji nieuchwytnych IMBH. Stanowią one kluczowe brakujące ogniwo w ewolucji czarnych dziur między gwiazdowymi czarnymi dziurami a supermasywnymi czarnymi dziurami – powiedziała główna autorka artykułu, Yi-Chi Chang z Narodowego Uniwersytetu Tsing Hua w Hsinchu na Tajwanie.
Promieniowanie rentgenowskie pochodzące z NGC 6099 HLX-1 ma temperaturę 3 milionów stopni, co jest zgodne ze zjawiskiem rozerwania pływowego. Teleskop Hubble’a znalazł dowody na istnienie małej gromady gwiazd wokół czarnej dziury. Gromada ta stanowiłaby dla czarnej dziury obfity posiłek, ponieważ gwiazdy są tak ściśle upakowane, że dzieli je zaledwie kilka miesięcy świetlnych (około 800 miliardów kilometrów).
Przypuszczalna czarna dziura o masie pośredniej osiągnęła maksymalną jasność w 2012 roku, a następnie jej jasność spadała do 2023 roku. Obserwacje optyczne i rentgenowskie w tym okresie nie pokrywają się, co utrudnia interpretację. Czarna dziura mogła rozerwać przechwyconą gwiazdę, tworząc dysk plazmowy o zmiennej jasności, lub mogła utworzyć dysk, który migocze, gdy gaz opada w kierunku czarnej dziury.
Jeśli IMBH pochłania gwiazdę, to ile czasu zajmuje mu połknięcie gazu tej gwiazdy? W 2009 roku HLX-1 była dość jasna. Następnie w 2012 roku była około 100 razy jaśniejsza. Potem znów zgasła – powiedział współautor badania, Roberto Soria z Włoskiego Narodowego Instytutu Astrofizyki (INAF). Teraz musimy poczekać i zobaczyć, czy będzie ona wielokrotnie rozbłyskiwać, czy też był początek, był szczyt, a teraz po prostu będzie słabnąć, aż zniknie.
Czarna dziura o masie pośredniej znajduje się na obrzeżach galaktyki macierzystej NGC 6099, około 40 000 lat świetlnych od jej centrum. Przypuszczalnie w centrum galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura, która obecnie jest w stanie spoczynku i nie pochłania gwiazd.
Czarne dziury jako bloki konstrukcyjne
Zespół podkreśla, że badanie IMBH może pomóc w zrozumieniu, jak powstają większe supermasywne czarne dziury. Istnieją dwie alternatywne teorie. Jedna z nich mówi, że IMBH są zalążkami większych czarnych dziur, które powstają w wyniku łączenia się, podobnie jak duże galaktyki rosną, wchłaniając mniejsze galaktyki. Czarna dziura w środku galaktyki również rośnie podczas tych połączeń. Obserwacje teleskopu Hubble’a ujawniły proporcjonalną zależność: im większa masa galaktyki, tym większa czarna dziura. Wynikające z tego nowego odkrycia wnioski wskazują, że galaktyki mogą posiadać satelitarne IMBH, które orbitują w halo galaktyki, ale nie zawsze opadają do jej centrum.
Inna teoria głosi, że obłoki gazu znajdujące się w środku halo ciemnej materii we wczesnym Wszechświecie nie tworzą najpierw gwiazd, ale po prostu zapadają się bezpośrednio w supermasywną czarną dziurę. Odkrycie przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba bardzo odległych czarnych dziur, które są nieproporcjonalnie większe w stosunku do swojej galaktyki macierzystej, wydaje się potwierdzać tę teorię.
Jednakże może istnieć błąd obserwacyjny związany z wykrywaniem niezwykle masywnych czarnych dziur w odległym Wszechświecie, ponieważ te mniejsze są zbyt słabe, aby je dostrzec. W rzeczywistości może istnieć większa różnorodność w sposobie, w jaki nasz dynamiczny Wszechświat tworzy czarne dziury. Supermasywne czarne dziury zapadające się wewnątrz halo ciemnej materii mogą po prostu rosnąć w inny sposób niż te znajdujące się w galaktykach karłowatych, gdzie akrecja czarnej dziury może być preferowanym mechanizmem wzrostu.
Jeśli więc będziemy mieli szczęście, odkryjemy więcej swobodnie poruszających się czarnych dziur, które nagle zaczną świecić w promieniowaniu rentgenowskim ze względu na zjawisko rozerwania pływowego. Jeśli uda nam się przeprowadzić badania statystyczne, dowiemy się, ile jest takich IMBH, jak często rozrywają one gwiazdy i w jaki sposób większe galaktyki rozrosły się, łącząc się z mniejszymi galaktykami – powiedział Soria.
Wyzwaniem jest to, że Chandra i XMM-Newton obserwują tylko niewielką część nieba, więc rzadko wykrywają nowe zdarzenia związane z rozpadaniem się gwiazd pod wpływem grawitacji czarnych dziur. Obserwatorium Very Rubin w Chile, teleskop do obserwacji całego nieba, może wykrywać takie zdarzenia w świetlne optycznym nawet z odległości setek milionów lat świetlnych. Dalsze obserwacje za pomocą teleskopów Hubble’a i Webba mogą ujawnić gromadę gwiazd wokół czarnej dziury.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Czytaj też:
