Zespół naukowców znalazł wcześniej przeoczony skarb masywnych czarnych dziur w galaktykach karłowatych, które dają wgląd w historię życia supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej własnej Galaktyki.
Czarne dziury, które znaleźliśmy, są podstawowym elementem składowym supermasywnych czarnych dziur, takich jak ta w naszej Drodze Mlecznej – powiedziała Sheila Kannappan z Uniwersytetu Karoliny Północnej, współautorka pracy opublikowanej w „The Astrophysical Journal” 24 maja 2022 roku. Jest tak wiele rzeczy, których chcemy się o nich dowiedzieć.
Uważa się, że Droga Mleczna, będąca olbrzymią galaktyką spiralną z poprzeczką, powstała z połączenia wielu mniejszych galaktyk karłowatych. Każda opadająca na nią galaktyka karłowata może mieć centralną masywną czarną dziurę, dziesiątki lub setki tysięcy razy masywniejszą od naszego Słońca, która potencjalnie może zostać pochłonięta przez centralną supermasywną czarną dziurę Drogi Mlecznej. Nie wiadomo jednak, jak często galaktyki karłowate posiadają masywną czarną dziurę, co pozostawia kluczową lukę w zrozumieniu, w jaki sposób czarne dziury i galaktyki ewoluują razem.
Ten wynik naprawdę mnie zaskoczył, ponieważ te czarne dziury były wcześniej ukryte na widoku – powiedziała Mugdha Polimera, również z Uniwersytetu Karoliny Północnej, współautorka pracy. Czarne dziury to fascynujący temat… Ale wciąż pozostaje nierozwiązane pytanie: skąd się biorą takie supermasywne czarne dziury? Nasz praca jest o mały krok od odpowiedzi na to pytanie.
Nadzwyczajne twierdzenia i nadzwyczajne dowody
W badaniach wykorzystano dane dotyczące galaktyk z dwóch międzynarodowych przeglądów, którymi kieruje Kannappan – REsolved Spectroscopy Of a Local VolumE (RESOLVE) oraz Environmental COntext Catalog (ECO) – aby ocenić obecność rosnących czarnych dziur. Badania te zawierają dane w paśmie ultrafioletowym i radiowym, idealne do badania procesów gwiazdotwórczych; większość badań astronomicznych wybiera próbki, które faworyzują duże i jasne galaktyki, ale badania Kannappan są kompletnymi inwentaryzacjami dużych obszarów Wszechświata w obecnej chwili, w których występują liczne galaktyki karłowate.
Kannappan i jej studenci zdali sobie sprawę, że dane spektroskopowe używane do oceny obecności rosnącej czarnej dziury są często niejednoznaczne w ten sam specyficzny sposób w przypadku galaktyk karłowatych. Galaktyki te były zwykle wyrzucane z badań, a niejednoznaczność była ignorowana. Jednak ta niejednoznaczność wzbudziła ciekawość Kannappan. Podejrzewała ona, że uwzględnienie dwóch typowych własności galaktyk karłowatych – ich pierwotnego składu pierwiastków (głównie wodoru i helu) oraz wysokiego tempa tworzenia się nowych gwiazd – może rozstrzygnąć tę niejednoznaczność na korzyść obecności rosnącej czarnej dziury.
Profesor astrofizyki z Uniwersytetu Elon, Chris Richardson, przedstawił teoretyczne symulacje, które potwierdziły te podejrzenia: obserwowana niejednoznaczność jest dokładnie taka, jaką symulacje przewidują dla galaktyki karłowatej o pierwotnym składzie, silnie gwiazdotwórczej, zawierającej rosnącą masywną czarną dziurę. Ostatnim etapem badań było poszukiwanie przez Polimerę galaktyk w przeglądach, które dokładnie odpowiadały tym kryteriom – w wyniku czego okazało się, że rosnące, masywne czarne dziury są częstsze w galaktykach karłowatych, niż wcześniej sądzono.
Niemożność zobaczenia czarnej dziury przyczynia się do złożoności jej badania. Zamiast tego naukowcy muszą obserwować czarne dziury na podstawie aktywności zachodzącej wokół nich, takiej jak pochłanianie materii z otoczenia poprzez przyciąganie grawitacyjne. Jednak ten rodzaj aktywności czarnych dziur może być trudny do odróżnienia od podobnej aktywności jasnych, młodych gwiazd.
Wszyscy byliśmy zdenerwowani – mówi Polimera. Pierwsze pytanie, jakie przyszło mi do głowy, brzmiało: czy przeoczyliśmy sposób, w jaki samo ekstremalne formowanie się gwiazd mogło wyjaśnić te galaktyki?
Odpowiedź była stanowczo przecząca.
Pozostaje nam ten wynik, który jest szokujący. Mugdha wykonała mistrzowską pracę z danymi… Wyczerpująco zbadała wszystkie inne możliwe wyjaśnienia – powiedziała Kannappan o wynikach badań. Nadzwyczajne twierdzenia wymagają nadzwyczajnych dowodów. (...) Spędziła lata na wyczerpujących badaniach alternatywnych wyjaśnień, by w końcu zostać zmuszoną do stwierdzenia, że nowo zidentyfikowana populacja rosnących masywnych czarnych dziur jest prawdziwa.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- UNC-Chapel Hill astronomers find hidden trove of massive black holes
- RESOLVE and ECO: Finding Low-metallicity z ∼ 0 Dwarf AGN Candidates Using Optimized Emission-line Diagnostics
Źródło: UNC
Na ilustracji: Nowo odkryte masywne czarne dziury znajdują się w galaktykach karłowatych, gdzie ich promieniowanie konkuruje ze światłem młodych gwiazd. Źródło: Oryginalne zdjęcie NASA i ESA/Hubble, wizja artystyczna czarnej dziury z dżetem autorstwa M. Polimery.
