Astronomowie odkryli czarną dziurę niepodobną do żadnej innej. Przy masie 100 000 mas Słońca jest ona mniejsza niż czarne dziury, które znaleźliśmy w centrach galaktyk, ale większa niż czarne dziury, które powstają podczas eksplozji gwiazd. To czyni ją jedną z niewielu potwierdzonych czarnych dziur o masie pośredniej, obiektu od dawna poszukiwanego przez astronomów.
Mamy bardzo dobre pomiary największych, gwiazdowych czarnych dziur o masie do 100 mas Słońca, oraz supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktyk, ale nie ma żadnych pomiarów czarnych dziur pomiędzy nimi. To taka luka, powiedział współautor badania, Anil Seth, profesor nadzwyczajny astronomii na Uniwersytecie w Utah. To odkrycie wypełnia tę lukę.
Czarna dziura ukryta była w B023-G078, ogromnej gromadzie gwiazd w najbliższej nam Galaktyce Andromedy. Długo uważano, że jest to gromada kulista, jednak naukowcy twierdzą, że B023-G078 jest nieosłoniętym jądrem galaktyki. Nieosłonięte jądra galaktyk są pozostałościami po małych galaktykach, które wpadły do większych, a ich zewnętrzne gwiazdy zostały usunięte przez siły grawitacyjne. To, co pozostało, to maleńkie, gęste jądro krążące wokół większej galaktyki, w którego centrum znajduje się czarna dziura.
Poprzednio znaleźliśmy duże czarne dziury wewnątrz masywnych, nieosłoniętych jąder galaktyk, które są znacznie większe niż B023-G078. Wiedzieliśmy, że muszą istnieć mniejsze czarne dziury w takich jądrach o niższej masie, ale nigdy nie było bezpośrednich dowodów – powiedziała główna autorka pracy Renuka Pechetti z Liverpool John Moores University, która rozpoczęła badania podczas studiów. Myślę, że jest to dość jasny dowód, że w końcu znaleźliśmy jeden z tych obiektów.
Trwające od dziesięcioleci przeczucie
B023-G078 była znana jako masywna gromada kulista – kulisty zbiór gwiazd ciasno związanych grawitacyjnie. Jednak do tej pory przeprowadzono tylko jedną obserwację tego obiektu, która pozwoliła określić jego całkowitą masę – około 6,2 miliona mas Słońca. Przez lata Seth miał przeczucie, że jest to coś innego.
Dzięki nowym danym obserwacyjnym z Obserwatorium Gemini oraz zdjęciom z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, Pechetti i Seth wraz z zespołem obliczyli, w jaki sposób masa w obiekcie została rozłożona, modelując jego profil światła. Gromada kulista ma charakterystyczny profil światła, który ma taki sam kształt w pobliżu centrum, jak i w regionach zewnętrznych. B023-G078 jest inny. Światło w centrum jest okrągłe, a następnie staje się bardziej płaskie w kierunku na zewnątrz. Zmienia się również skład chemiczny gwiazd, z większą ilością ciężkich pierwiastków w gwiazdach w centrum niż tych bliżej krawędzi obiektu.
Gromady kuliste tworzą gwiazdy w zasadzie w tym samym czasie. Natomiast te galaktyki z nieosłoniętym jądrem mogą mieć powtarzające się epizody formowania, gdzie gaz wpada do centrum galaktyki i tworzy gwiazdy. A inne gromady gwiazd mogą zostać wciągnięte do centrum przez siły grawitacyjne galaktyki – powiedział Seth. Jest to coś w rodzaju wysypiska śmieci dla wielu różnych rzeczy. Tak więc gwiazdy w galaktykach z nieosłoniętym jądrem będą bardziej skomplikowane niż w gromadach kulistych. I to właśnie zaobserwowaliśmy w B023-G078.
Naukowcy użyli rozkładu masy obiektu, aby przewidzieć, jak szybko powinny poruszać się gwiazdy w danym miejscu w gromadzie i porównali to z danymi obserwacyjnymi. Gwiazdy o największych prędkościach krążyły wokół centrum. Kiedy zbudowano model bez uwzględnienia czarnej dziury, gwiazdy w centrum były zbyt powolne w porównaniu z obserwacjami. Kiedy dodali czarną dziurę, otrzymali prędkości, które pasowały do danych. Czarna dziura jest dodatkowym dowodem na to, że obiekt ten jest nieosłoniętym jądrem galaktyki.
Naukowcy mają nadzieję zaobserwować więcej nieosłoniętych jąder galaktyk, w których może znajdować się więcej czarnych dziur o masach pośrednich. Są one okazją do dowiedzenia się więcej na temat populacji czarnych dziur w centrach galaktyk o niskiej masie, a także do poznania, jak galaktyki są zbudowane z mniejszych cegiełek.
Więcej informacji:
- Extraordinary black hole found in neighboring galaxy
- Detection of a 100,000 M⊙ black hole in M31's Most Massive Globular Cluster: A Tidally Stripped Nucleus
Źródło: University of Utah
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Galaktyka Andromedy, w której zaobserwowano B023-G078. Źródło: Iván Éder; HST ACS/HRC.