https://www.focus.pl/artykul/co-jest-na-dnie-czarnej-dziury-dokd-prowadzi-studnia-w-czasoprzestrzeni nie pożywiają się w schludny sposób – pozostawiają po sobie resztki. Gdy siła przyciągania czarnej dziury sprowadzi w jej pobliże gwiazdę, rozciąga ją niczym gumę do żucia. Astrofizycy mówią o „spaghettifikacji”, bowiem czarna dziura może każdą materię zamienić w coś przypominającego spaghetti. Gdy gwiazda jest po kawałku konsumowana, pojawia się niezwykle silny błysk promieniowania. Przyćmiewa on jasnością blask wszystkich gwiazd w galaktyce.
W pracy opublikowanej na łamach czasopisma naukowego „The Astrophysical Journal” astronomowie z Obserwatorium Stewarda Arizona University pod kierunkiem dr Sixianga Wena opisują, jak wykorzystali taki rozbłysk promieniowania rentgenowskiego, by zmierzyć czarną dziurę J2150. Jest to pierwszy pomiar masy czarnej dziury i jej prędkości obrotowej. Do tego jest to czarna dziura zaliczana do rodzaju ważnego dla astrofizyków.
– To, że udało nam się zarejestrować, jak https://www.focus.pl/artykul/kosmiczny-pac-man-po-raz-pierwszy-zaobserwowano-jak-czarne-dziury-pochlaniaja-gwiazdy-neutronowe, było niebywałą szansą na obserwację czegoś, co zwykle jest niewidoczne. Analiza rozbłysku pozwoliła nam lepiej zrozumieć tę nieuchwytną kategorię czarnych dziur, które mogą stanowić większość takich obiektów obecnych w centrach galaktyk – mówi prof. Ann Zabludoff, astronom i współautorka pracy.
Czarne dziury są niewielkie lub supermasywne. Gdzie podziewają się pośrednie?
Wiemy, że istnieją czarne dziury powstałe z zapadania się masywnych gwiazd. Mają masę kilku do stu mas Słońca. W centrach galaktyk zaś ukrywają się istne monstra o masach nawet do kilkuset milionów słonecznych mas. Nie ma natomiast zbyt wielu dowodów na istnienie czarnych dziur o masach pośrednich, od stu do stu tysięcy mas słonecznych.
Dopiero dwa lata temu detektory fal grawitacyjnych LIGO i Virgo wykryły https://www.focus.pl/artykul/jak-glosne-pacniecie-astrofizycy-uslyszeli-zderzenie-dwoch-czarnych-dziur, zarejestrowanego jako GW190521. Jak donieśli w ubiegłym roku naukowcy, powstała z nich jedna czarna dziura – o masie 140 mas Słońca.
Astronomowie z Arizona University są przekonani, że JS2150 również musi być taką właśnie czarną dziurą o masie pośredniej. Tym razem jednak naukowcy mogli zbadać nie tylko echo po jej powstaniu, ale samą czarną dziurę. Pomógł im w tym jej apetyt.
Dlaczego J2150 musi być czarną dziurą o masie pośredniej
Analiza rozbłysku rentgenowskiego J2150 wykazała, że zgadza się on z wynikami matematycznych modeli. Musiał towarzyszyć „spożyciu” gwiazdy przez czarną dziurę o masie pośredniej. Jak szacują astrofizycy, ta czarna dziura musi mieć masę około 10 tysięcy mas Słońca.
– Emisja promieniowania rentgenowskiego przez dysk powstały z pozostałości pochłoniętej gwiazdy pozwoliła nam oszacować prędkość obrotową tej czarnej dziury i sklasyfikować ją jako jedną z czarnych dziur o masie pośredniej – mówi dr Wen.
Astronomowie widywali już wiele takich rozbłysków, ale wszystkie rejestrowane były w centrach galaktyk, gdzie znajdują się supermasywne czarne dziury. Dotychczasowe obserwacje nie były nigdy na tyle szczegółowe, żeby udało się dostrzec rozbłysk w niewielkiej galaktyce, gdzie czarna dziura powinna być mniejsza. Masy czarnych dziur są bowiem skorelowane z masami galaktyk – w dużej mogły one urosnąć bardziej, mając więcej „pożywienia”.
Trudno jest odkryć czarną dziurę o masie mniejszej niż milion Słońc
– Nadal wiemy bardzo mało o czarnych dziurach w centrach galaktyk mniejszych od Drogi Mlecznej – mówi Peter Jonker z niderlandzkiego Radboud University oraz SRON Netherlands Institute for Space Research. – Ograniczone możliwości obserwacji takich obiektów sprawiają, że trudno jest odkryć czarną dziurę o masie mniejszej niż milion Słońc – dodaje badacz.
Dlaczego te czarne dziury o masach pośrednich są dla astronomów i fizyków tak ważne? Głównie dlatego, że niewiele wiadomo o tym, jak mogą powstawać te olbrzymie, supermasywne czarne dziury, wyjaśnia Jonker. Prawdopodobnie powstają z połączenia mniejszych czarnych dziur podczas zderzeń galaktyk.
– Jeśli będziemy w stanie precyzyjniej ustalić, ile czarnych dziur o masach pośrednich istnieje w kosmosie, będziemy też mogli stwierdzić, które teorie powstawania supermasywnych czarnych dziur są prawdziwe – dodaje astrofizyk.
J2150 wiruje wolniej niż pozwala na to teoria
Jeszcze bardziej porusza naukowców to, że udało się zmierzyć prędkość, z jaką J2150 wiruje. Prof. Zabludoff tłumaczy, że opisana przez nich czarna dziura wiruje wolniej niż pozwala na to teoria. Możliwe, że to wynik tego, iż powstała z połączenia dwóch czarnych dziur całkiem niedawno. Raczej wykluczone jest to, że rosła od długiego czasu, powoli żywiąc się opadającymi na nią gazami i pyłem.
Zmierzenie prędkości obrotowej J2150 pozwoli na lepsze zrozumienie nie tylko czarnych dziur. Może również dostarczyć fizykom ciekawych informacji na temat zachowania się materii. – Jedną z hipotez dotyczących ciemnej materii jest istnienie tzw. ultralekkich bozonów – tłumaczy Nicholas C. Stone z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie, współautor pracy z „The Astrophysical Journal”.
– Jeśli takie cząstki istnieją i mają masę w pewnym szczególnym zakresie, uniemożliwią takim czarnym dziurom o pośredniej masie osiąganie zbyt wielkich prędkości obrotowych. Nasz pomiar prędkości wirowania J2150 wyklucza istnienie szerokiej klasy takich cząstek i pokazuje, jak ważne są badania czarnych dziur. Są one pozaziemskimi laboratoriami do badań fizyki cząstek – mówi Stone.
Jak stworzyć „spis powszechny” czarnych dziur we Wszechświecie
Astronomowie mają nadzieję na dalsze obserwacje takich kosmicznych zdarzeń. Jeśli okaże się, że większość galaktyk karłowatych zawiera czarne dziury o masach pośrednich, obserwacje ich rozbłysków pozwolą na stworzenie „spisu powszechnego” takich dziur we Wszechświecie – tłumaczą badacze.
Na razie jest to jednak pierwsza taka obserwacja. Szczególne nadzieje na nowe naukowcy wiążą z Obserwatorium imienia Very C. Rubin, które ma rozpocząć pracę w końcu przyszłego roku. Zwierciadło teleskopu w tym obserwatorium będzie mieć unikatową konstrukcję. Pozwoli na obserwacje większego pola niż dotychczasowe teleskopy tych rozmiarów. Astronomowie i fizycy będą mieć do dyspozycji kopalnię nowych danych.
Źródła: University of Arizona, Astrophysical Journal.
