Hubble odkrył od dawna poszukiwaną czarną dziurę o masie pośredniej

News/Kosmos 31.03.2020
Hubble odkrył od dawna poszukiwaną czarną dziurę o masie pośredniej

Hubble odkrył od dawna poszukiwaną czarną dziurę o masie pośredniej

Najnowsze dane z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a dostarczają najsilniejszych dowodów na istnienie we wszechświecie czarnych dziur o masie pośredniej. Hubble potwierdził obecność takiej czarnej dziury w jednej z gęstych gromad gwiazd.

Czarne dziury o masie pośredniej (intermediate-mass black hole, IMBH) to od dawna poszukiwane „brakujące ogniwo” ewolucji czarnych dziur. Jak dotąd odkryto tylko kilka kandydatek na tego typu czarną dziurę. Obiekty te są mniejsze od supermasywnych czarnych dziur odkrywanych w centrach dużych galaktyk, ale jednocześnie większe od czarnych dziur o masie gwiazdowej powstałych na skutek kolapsu masywnej gwiazdy. Zaobserwowana przez naukowców czarna dziura ma masę około 50 000 mas Słońca.

Wizja artystyczna przedstawiająca czarną dziurę w gromadzie gwiazd. Źródło: NASA/ESA oraz G. Bacon (STScI)

Czarne dziury o masie pośredniej to bardzo skryte obiekty i niezwykle trudno je znaleźć. Z tego też powodu naukowcy muszą wyeliminować każdą inną alternatywę, zanim ogłoszą, że udało im się odkryć IMBH. To właśnie teleskop Hubble’a pozwolił nam to zrobić – mówi Dacheng Lin z Uniwersytetu w New Hampshire, główny autor opracowania.

Lin wraz ze swoim zespołem wykorzystał Hubble’a do wykonania obserwacji obiektu obserwowanego wcześniej za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra oraz teleskopu XMM-Newton, który wyposażony jest w trzy teleskopy rentgenowskie do wykonywania długich, nieprzerwanych obserwacji.

Wykonanie kolejnych obserwacji w zakresie rentgenowskim pozwoliło nam zrozumieć całkowitą ilość uwolnionej energii. Dzięki temu jesteśmy w stanie oszacować, jaka gwiazda została rozerwana przez czarną dziurę – mówi Natalie Webb z Uniwersytetu w Tuluzie.

W 2006 r. to właśnie te satelity zarejestrowały silny rozbłysk promieniowania rentgenowskiego. Wtedy jeszcze nikt nie wiedział, czy źródło rozbłysku znajdowało się wewnątrz czy na zewnątrz naszej galaktyki. Badacze uznali, że przyczyną rozbłysku było rozerwanie gwiazdy w trakcie jej przejścia w pobliżu masywnego obiektu, np. czarnej dziury.

Powyższe zdjęcie wykonane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a przedstawia położenie czarnej dziury o masie pośredniej (ok. 50 000 mas Słońca). Źródło: NASA, ESA, D. Lin

Ku zaskoczeniu naukowców okazało się, że źródło promieni X o uroczej nazwie 3XMM J215022.4-055108 nie znajduje się w centrum galaktyki, gdzie zazwyczaj znajdują się masywne czarne dziury. Badacze zaczęli podejrzewać, że źródłem może być czarna dziura o masie pośredniej, ale najpierw musieli wyeliminować inne możliwe źródło rozbłysku rentgenowskiego: gwiazdę neutronową w Drodze Mlecznej.

Kierując zwierciadło Hubble’a na źródło, astronomowie postanowili precyzyjnie ustalić jego położenie. Dokładne, wysokiej rozdzielczości zdjęcia potwierdziły, że promienie rentgenowskie nie wychodzą z izolowanego źródła w naszej galaktyce, a z odległej, gęstej gromady gwiazd na obrzeżach innej galaktyki. Dokładnie w takim miejscu astronomowie spodziewali się znaleźć dowody IMBH. Wcześniejsze badania prowadzone za pomocą Hubble’a wskazują, że im masywniejsza jest galaktyka, tym masywniejsza jest jej centralna czarna dziura. Dlatego też uzyskane przez badaczy wyniki wskazują, że gromada gwiazd, w której znajduje się 3XMM J215022.4-055108 może być jądrem małomasywnej galaktyki karłowatej, która została rozerwana wskutek interakcji z inną, większą galaktyką.

Wykonane z Ziemi zdjęcie obszaru, na którym znajduje się czarna dziura 3XMM J215022..4-055108. Źródło: NASA, ESA, Digitized Sky Survey 2, Davide De Martin

IMBH bardzo trudno znaleźć, ponieważ są one mniejsze i mniej aktywne od supermasywnych czarnych dziur. W ich otoczeniu nie znajduje się zbyt wiele źródeł materii, a ich przyciąganie grawitacyjne nie jest na tyle silne, aby przyciągać kolejne gwiazdy i inną materię międzygwiezdną, które emitowałyby poświatę promieniowania rentgenowskiego. Z tego też powodu astronomowie muszą złapać IMBH na gorącym uczynku, gdy akurat pożera przelatującą w pobliżu gwiazdę. Lin wraz ze swoimi współpracownikami przeanalizował archiwum danych z europejskiego teleskopu rentgenowskiego XMM-Newton, przeszukując setki tysięcy źródeł starając się odnaleźć silne dowody na obecność kandydatki IMBH. Gdy już się udało je znaleźć, poświata rentgenowska pochodząca z rozerwanej gwiazdy umożliwiła astronomom oszacować masę czarnej dziury.

Potwierdzenie istnienia jednej czarnej dziury o masie pośredniej oznacza, że w przestrzeni kosmicznej może znajdować się ich znacznie więcej, a dostrzeżemy je dopiero wtedy, kiedy jakieś pechowe gwiazdy za bardzo się do nich zbliżą i ulegną rozerwaniu.

Dołącz do dyskusji