Nieuchwytne czarne dziury o masie pośredniej pochłaniają gwiazdy fragmentami, a potem wyrzucają resztki.
Czarne dziury o masie pośredniej, jeżeli istnieją, prawdopodobnie pochłaniają zbłąkane gwiazdy jak niechlujny maluch – biorą kilka kęsów, a następnie rozrzucają resztki po całej galaktyce – wykazały nowe badania przeprowadzone przez Northwestern University.
W nowych trójwymiarowych symulacjach komputerowych astrofizycy wymodelowali czarne dziury o różnej masie, a następnie przerzucili obok nich gwiazdy (wielkości Słońca), aby sprawdzić, co może się stać.
Naukowcy odkryli, że kiedy gwiazda zbliża się do czarnej dziury o masie pośredniej, początkowo zostaje złapana na jej orbicie. Następnie czarna dziura rozpoczyna swój długi i gwałtowny posiłek. Za każdym razem, gdy gwiazda robi okrążenie, czarna dziura bierze kęs – dalej pochłaniając gwiazdę z każdym jej przejściem. W końcu nie pozostaje nic poza zniekształconym i niezwykle gęstym jądrem gwiazdy.
W tym momencie czarna dziura wyrzuca szczątki. Resztki gwiazdy lecą w bezpieczne miejsce przez galaktykę.
Nowe symulacje nie tylko wskazują na nieznane zachowanie czarnych dziur o masie pośredniej, ale także dostarczają astronomom nowych wskazówek, które pomogą ostatecznie zlokalizować te ukryte na naszym nocnym niebie olbrzymy.
Oczywiście nie możemy obserwować czarnych dziur bezpośrednio, ponieważ nie emitują one światła – powiedziała Fulya Kıroğlu z Northwestern, która kierowała badaniami. Więc zamiast tego, musimy przyjrzeć się interakcjom pomiędzy czarnymi dziurami i ich otoczeniem. Odkryliśmy, że gwiazdy przechodzą przez wiele przejść zanim zostaną wyrzucone. Po każdym przejściu tracą więcej masy, powodując rozbłyski światła, gdy są rozrywane. Każdy rozbłysk jest jaśniejszy od poprzedniego i tworzy sygnaturę, która może pomóc astronomom je znaleźć.
Podczas gdy astrofizycy udowodnili istnienie małomasywnych i masywnych czarnych dziur, te o masie pośredniej pozostały nieuchwytne. Powstające podczas zapadania się supernowych, gwiazdowe czarne dziury mają masę około 3 do 10 razy większą od naszego Słońca. Na drugim końcu spektrum znajdują się supermasywne czarne dziury, które czają się w centrach galaktyk i mają masę od milionów do miliardów razy większą od masy naszego Słońca.
Gdyby istniały, czarne dziury o masie pośredniej zmieściłyby się gdzieś pośrodku – 10 do 10 000 razy masywniejsze niż gwiazdowe czarne dziury, ale nie tak masywne jak supermasywne czarne dziury. Chociaż te czarne dziury o masie pośredniej teoretycznie powinny istnieć, astrofizycy nie znaleźli jeszcze niepodważalnych dowodów obserwacyjnych.
Ich obecność jest nadal dyskutowana – powiedziała Kıroğlu. Astrofizycy odkryli dowody na ich istnienie, ale dowody te często można wytłumaczyć innymi mechanizmami. Na przykład to, co wydaje się być czarną dziurą o masie pośredniej, może w rzeczywistości być nagromadzeniem gwiazdowych czarnych dziur.
Aby zbadać zachowanie tych nieuchwytnych obiektów, Kıroğlu i jej zespół opracowali symulacje hydrodynamiczne. Najpierw stworzyli model gwiazdy składającej się z wielu cząsteczek. Następnie wysłali gwiazdę w kierunku czarnej dziury i obliczyli siłę grawitacji działającą na cząstki podczas zbliżania się gwiazdy.
Możemy konkretnie obliczyć, która cząstka jest związana z gwiazdą, a która jest rozebrana (niezwiązana z gwiazdą) – powiedziała Kıroğlu.
Dzięki tym symulacjom Kıroğlu i jej zespół odkryli, że gwiazdy mogą okrążać czarną dziurę o masie pośredniej aż pięć razy, zanim ostatecznie zostaną wyrzucone. Z każdym przejściem wokół czarnej dziury gwiazda traci coraz więcej swojej masy w miarę rozrywania. Następnie czarna dziura wyrzuca resztki – poruszające się z zawrotną prędkością – z powrotem do galaktyki. Powtarzający się wzór stworzyłby oszałamiający pokaz świetlny, który powinien pomóc astronomom rozpoznać – i udowodnić istnienie – czarnych dziur o masie pośredniej.
To niesamowite, że gwiazda nie została całkowicie rozerwana – powiedziała Kıroğlu. Niektórym gwiazdom może się poszczęścić i przeżyją to wydarzenie. Prędkość wyrzucania jest tak duża, że gwiazdy te można zidentyfikować jako gwiazdy o dużej prędkości, które obserwowano w centrach galaktyk.
Kıroğlu planuje następnie symulacje różnych typów gwiazd, w tym olbrzymów i gwiazd podwójnych, aby zbadać ich interakcje z czarnymi dziurami.
Więcej informacji:
- Medium-sized black holes eat stars like messy toddlers
- Tidal Disruption of Main-Sequence Stars by Intermediate-Mass Black Holes
Źródło: Northwestern University
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Wizja artystyczna pozostałości po gwieździe, krążąca wokół czarnej dziury. Źródło: Fulya Kıroğlu/Northwestern University
