Przejdź do treści

Przełom w rozszyfrowywaniu narodzin supermasywnych czarnych dziur

Galaktyka NGC 404 z SMBH w centrum

Zespół badawczy potwierdził, że dzięki nowej technice, która umożliwiła im zbliżenie na jeden z tych zagadkowych obiektów kosmicznych w niespotykany dotąd sposób, jest bliżej zrozumienia, w jaki sposób rodzi się supermasywna czarna dziura (SMBH).

Naukowcy nie są pewni, czy SMBH powstały w ekstremalnych warunkach krótko po Wielkim Wybuchu, w procesie nazywanym „bezpośrednim kolapsem”, czy też zostały wyhodowane znacznie później z „nasion” czarnych dziur powstałych w wyniku śmierci masywnych gwiazd.

Gdyby pierwszy pomysł był prawdziwy, SMBH rodziłyby się z bardzo dużymi masami – setki tysięcy do milionów razy masywniejsze niż nasze Słońce - i miałyby ustalony minimalny rozmiar.

Gdyby prawdziwy był drugi pomysł, wówczas SMBH rodziłyby się stosunkowo małe, mając około 100-krotną masę naszego Słońca, i z czasem zaczęłyby się powiększać, żywiąc się gwiazdami i obłokami gazu wokół nich.

Astronomowie od dawna dążą do znalezienie SMBH o najniższej masie, czyli brakujących ogniw potrzebnych do rozszyfrowania tego problemu.

W opublikowanym niedawno badaniu zespół naukowców przesunął granice, ujawniając jedną z najmniejszych mas SMBH, jakie kiedykolwiek zaobserwowano w centrum pobliskiej galaktyki, ważącej mniej niż milion mas Słońca.

Wspominana SMBH znajduje się w galaktyce znanej jako „Duch Miracha”, ze względu na bliskie sąsiedztwo bardzo jasnej gwiazdy Mirach, nadającej jej widmowy cień.

„Wydaje się, że SMBH w Duchu Miracha ma masę w zakresie przewidywanym przez modele bezpośredniego kolapsu. Wiemy, że obecnie jest ona aktywna i pochłania gaz, więc niektóre z bardziej ekstremalnych modeli bezpośredniego kolapsu, które wytwarzają tylko bardzo masywne SMBH, nie mogą być prawdziwe” – powiedział dr Tim Davis z Wydziału Fizyki i Astronomii Uniwersytetu w Cardiff.

Czarne dziury to obiekty, które zapadły się pod ciężarem grawitacji, pozostawiając po sobie małe ale niezwykle gęste obszary przestrzeni, z których nic nie może uciec, nawet światło.

Supermasywna czarna dziura jest największym typem czarnej dziury, która może mieć masę setek tysięcy, jeżeli nie milionów mas Słońca.

Uważa się, że prawie wszystkie duże galaktyki, takie jak nasza Droga Mleczna, mają w swoich centrach SMBH.

„SMBH odkryto również w bardzo odległych galaktykach, gdyż pojawiły się zaledwie kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu” – powiedział dr Marc Sarzi, członek zespołu dr Davisa z Armagh Observatory and Planetarium.

Sugeruje to, że przynajmniej niektóre SMBH mogły urosnąć bardzo masywne w bardzo krótkim czasie, co jest trudne do wyjaśnienia na podstawie modeli formowania się i ewolucji galaktyk.

Wszystkie czarne dziury rosną, gdy połykają obłoki gazu i niszczą gwiazdy, które zapuszczają się zbyt blisko nich, ale niektóre mają bardziej aktywne życie niż inne.

Poszukiwanie najmniejszych SMBH w pobliskich galaktykach może zatem pomóc naukowcom odkryć, jak powstają SMBH.

W swoich badaniach międzynarodowy zespół wykorzystał zupełnie nowe techniki, aby powiększyć (przybliżyć) serce małej pobliskiej galaktyki znanej jako NGC 404, bardziej niż kiedykolwiek wcześniej, umożliwiając im obserwację wirujących obłoków gazu otaczających SMBH w jej centrum.

ALMA umożliwił zespołowi rozdzielenie obłoków gazu w sercu galaktyki, ujawniając szczegóły o średnicy zaledwie 1,5 roku świetlnego, dzięki czemu jest to jedna z map gazu o największej rozdzielczości, jakie kiedykolwiek stworzono dla innej galaktyki.

Możliwość obserwacji tej galaktyki z tak wysoką rozdzielczością pozwoliła zespołowi zweryfikować sprzeczne wyniki sprzed dziesięciu lat i ujawnić prawdziwą naturę SMBH w galaktycznym centrum.

„Nasze badanie pokazuje, że dzięki tej nowej technice naprawdę możemy zacząć badać zarówno właściwości, jak i pochodzenie tych tajemniczych obiektów” – kontynuuje dr Davis.

Podsumowując: jeżeli istnieje minimalna masa SMBH, naukowcy jeszcze jej nie znaleźli.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej informacji:
Breakthrough in deciphering birth of supermassive black holes

Revealing the intermediate-mass black hole at the heart of the dwarf galaxy NGC 404 with sub-parsec resolution ALMA observations

Źródło: Cardiff University

Na ilustracji: Galaktyka NGC 404 z SMBH w centrum. Źródło: HTS, ALMA, T. Davis