Przejdź do treści

Odkryto supermasywną czarną dziurę o wyjątkowo niskiej masie

Wizja artystyczna przedstawiająca obłok gazu wirujący wokół czarnej dziury

Czarne dziury, które obserwujemy we Wszechświecie, zazwyczaj dzielą się na dwie kategorie: małe czarne dziury wielkości gwiazdy (pod względem masy) i olbrzymie czarne dziury czające się w centrach galaktyk. Odkrycie teraz nowej czarnej dziury w niewielkiej galaktyce IC 750 rzuca trochę światła na obszar między tymi skrajnościami.

Czarne dziury o masach gwiazdowych wynoszących do 100 mas Słońca znajdują się w ilości milionów w galaktykach. Uważa się także, że większość galaktyk zawiera tylko jedną supermasywną czarną dziurę, taką o masie od milionów do dziesiątek miliardów mas Słońca, która znajduje się w galaktycznym centrum.

Co ciekawe, masa tych centralnych czarnych dziur wydaje się być nieodłącznie związana z masą galaktyki macierzystej. Zależność empiryczna, znana jako M-σ, pokazuje korelację między masą centralnej czarnej dziury, a rozpiętością prędkości gwiazd w zgrubieniu centralnym galaktyki macierzystej, służącą do szacowania masy zgrubienia. Relacja M-σ i inne podobne relacje pokazują, że czarne dziury wydają się rosnąć w tandemie ze swoimi galaktykami macierzystymi w całym Wszechświecie.

Jeżeli relacja M-σ zachodzi w szerokim zakresie mas, spodziewalibyśmy się znaleźć mniejsze masywne czarne dziury w sercach szczególnie małomasywnych galaktyk. Jak dotąd dowody na istnienie tych centralnych czarnych dziur o niskiej masie były nieliczne. Jednak nowe badanie przeprowadzone przez Ingyin Zaw (New York University Abu Dhabi, ZEA) wykazało teraz obecność supermasywnej czarnej dziury o nietypowo małej jak na te obiekty masie w jednej z galaktyk.

Zan i jej współpracownicy wykorzystali Very Long Baseline Array (VLBA) do uzyskania obserwacji radiowych małomasywnej galaktyki IC 750.

W jądrze galaktyki astronomowie odkryli emisję z maserów wody, skupisk cząsteczek wody, które naturalnie emitują promieniowanie w zakresie radiowym w procesie podobnym do emisji laserowej. Promieniowanie z maserów pokazuje, że krążą one w dysku wokół zwartej centralnej masy – masywnej czarnej dziury – a Zan i współpracownicy wykorzystali ich ruch do pomiaru masy zamkniętej wewnątrz ich orbity, wyznaczając górną granicę masy tej czarnej dziury.

Następnie autorzy zredukowali i przeanalizowali publicznie dostępne dane na wielu długościach fali, aby zrozumieć położenie czarnej dziury i zmierzyć właściwości jej galaktyki macierzystej.

Wynik? Centralna masywna czarna dziura w IC 750 jest zdecydowanie lekka, z górną granicą masy wynoszącą 140 000 mas Słońca (w rzeczywistości stanowić mniej niż ⅓ tej masy). Jest to nie tylko niezwykle mała masa jak na centralną czarną dziurę, ale także jest ona niezwykle lekka, nawet w stosunku do masy galaktyki macierzystej: czarna dziura w IC 750 leży dwa rzędy wielkości poniżej miejsca, w którym powinna się znajdować w relacji M-σ!

Co się dzieje z tym niezwykłym obiektem? Istnieją dwa możliwe wyjaśnienia: albo jest większy rozrzut wartości na małomasywnym końcu relacji M-σ, albo zależność skalowania jest po prostu inna dla galaktyk o małej masie. Ta druga opcja jest wspierana przez niektóre symulacje sugerujące, że czarne dziury nie rosną wydajnie w małomasywnych galaktykach.

Chociaż nie wiemy jeszcze, które wyjaśnienie jest bardziej prawdopodobne, więcej obserwacji, takich jak te przedstawione tutaj, ostatecznie wypełni nasz obraz tych masywnych potworów o niewielkiej masie.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej informacji:
The Contradiction of a Low-Mass Massive Black Hole

An Accreting, Anomalously Low-mass Black Hole at the Center of Low-mass Galaxy IC 750

Źródło: AAS

Na ilustracji: Wizja artystyczna przedstawiająca obłok gazu wirujący wokół czarnej dziury. Źródło: NAO.