Naukowcy podjęli ważne kroki w celu znalezienia czarnych dziur, które nie są ani bardzo małe, ani ekstremalnie duże. Znalezienie tych niezwykłych czarnych dziur o masie pośredniej może pomóc astronomom lepiej zrozumieć, czym są „nasionka” największych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie.
Czarne dziury, które mają masy od stu do kilkuset tysięcy Słońc, nazywane są „czarnymi dziurami o masach pośrednich” (IMBH – intermediate mass). Ich masa mieści się pomiędzy dobrze udokumentowanymi i często badanymi czarnymi dziurami o masach gwiazdowych oraz supermasywnymi czarnymi dziurami, które znajdują się w centralnych regionach masywnych galaktyk. Chociaż w ostatnich latach odnotowano kilka możliwych IMBH, astronomowie wciąż próbują ustalić, jak często można je napotkać i czego można się dowiedzieć na podstawie ich właściwości na temat powstawania pierwszych supermasywnych czarnych dziur.
Jeden zespół naukowców wykorzystał duży przegląd Chandra COSMOS-Legacy (Cosmic Evolution Survey), aby zbadać galaktyki karłowate, które mają mniej niż 1% masy gwiazd Drogi Mlecznej. Scharakteryzowanie tych galaktyk było możliwe dzięki bogatemu zbiorowi danych dostępnych dla pola COSMOS na różnych długościach fal. Dane z Chandry były kluczowe dla tego wyszukiwania, ponieważ jasne, punktowe źródło emisji promieniowania rentgenowskiego w pobliżu centrum galaktyki jest wyraźnym znakiem obecności czarnej dziury. Promienie X są wytwarzane przez gaz podgrzany do milionów stopni dzięki ogromnym siłom grawitacyjnym i magnetycznym w pobliżu czarnej dziury.
Zespół zidentyfikował 40 rosnących czarnych dziur w galaktykach karłowatych. Dwanaście z nich znajduje się w dużych odległościach (ponad pięć miliardów lat świetlnych) od Ziemi, a najodleglejsza – 10,9 miliarda lat świetlnych stąd. Jest to najdalsza rosnąca czarna dziura w galaktyce karłowatej, jaką kiedykolwiek zaobserwowano. Natomiast jedna z galaktyk karłowatych jest najmniej masywną znaną galaktyką, która ma w sobie rosnącą czarną dziurę. Większość z tych źródeł to prawdopodobnie IMBH o masach od dziesięciu tysięcy do stu tysięcy razy większych niż Słońce. Jednym z kluczowych rezultatów opisywanych badań jest fakt, że odsetek galaktyk zawierających rosnące czarne dziury jest mniejszy dla mniej masywnych galaktyk niż dla ich masywniejszych odpowiedników.
Drugi zespół, kierowany przez Igora Chilingariana z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CFA), znalazł oddzielną, ważną próbkę możliwych IMBH w galaktykach bliżej nas. W ich próbce najdalszy kandydat na IMBH znajduje się w odległości 2,8 miliarda lat świetlnych od Ziemi, a około 90% kandydatów w odległości nie większej niż 1,3 miliarda lat świetlnych stąd. Dzięki danym ze Sloan Digital Sky Survey (SDSS) badacze znaleźli galaktyki z sygnaturą świetlną rosnących czarnych dziur, a następnie oszacowali ich masy. Wybrali 305 galaktyk z właściwościami, które sugerowały, że czarna dziura o masie mniejszej, niż 300 tysięcy mas Słońca czaiła się w centralnych regionach każdej z tych galaktyk.
Tylko 18 członków z tej listy miało wysokiej jakości obserwacje rentgenowskie, które pozwoliłyby potwierdzić, że źródłem są czarne dziury. Detekcje z Chandra i XMM-Newton uzyskano dla dziesięciu źródeł, pokazując, że około połowa z 305 kandydatów na IMBH może wyraźnie nimi być. Masy dla dziesięciu źródeł wykrytych za pomocą obserwacji promieni X określono na pomiędzy 40 tysięcy a 300 tysięcy mas Słońca.
Być może IMBH pomogą wyjaśnić, w jaki sposób supermasywne czarne dziury mogły powstać tak szybko po Wielkim Wybuchu. Jedno z najpopularniejszych wśród badaczy wyjaśnień jest takie, że supermasywne czarne dziury rosną w miarę upływu czasu od najmniejszych, zawierających około 100 mas Słońca. Niektóre z nich powinny się połączyć, aby utworzyć IMBH. Inne wyjaśnienie mówi, że powstają one bardzo szybko po rozpadzie olbrzymiego obłoku gazu o masie równej setkom tysięcy mas Słońca. Jeszcze inna możliwość jest taka, że występują obydwa te mechanizmy. Oba zespoły zgadzają się, że aby wyciągnąć ostateczne wnioski, potrzebna jest znacznie większa próbka czarnych dziur, która będzie możliwa do uzyskania dzięki przyszłym misjom kosmicznym.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej:
Finding the Happy Medium of Black Holes
Źródło: Chandra
