Czarne dziury niszczą tysiące gwiazd, aby wzrastać

W niektórych z najbardziej zatłoczonych części Wszechświata czarne dziury mogą rozrywać tysiące gwiazd i wykorzystywać ich pozostałości do zwiększania swojej masy. Odkrycie to może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania dotyczące nieuchwytnej klasy czarnych dziur.

Podczas, gdy astronomowie znaleźli już wiele przykładów czarnych dziur rozrywających gwiazdy na strzępy, niewiele było dowodów na zniszczenia na tak dużą skalę. Taki rodzaj rozpadu gwiazd mógłby wyjaśnić, w jaki sposób średniej wielkości czarne dziury powstają w wyniku niekontrolowanego wzrostu znacznie mniejszej czarnej dziury.

Astronomowie przeprowadzili szczegółowe badania dwóch odrębnych klas czarnych dziur. Mniejsza odmiana to czarne dziury o masie gwiazdowej, które zazwyczaj mają masę od 5 do 30 razy większą od masy Słońca. Na drugim końcu spektrum znajdują się supermasywne czarne dziury, które żyją w centrach większości dużych galaktyk, ważąc miliony lub nawet miliardy mas Słońca. W ostatnich latach pojawiły się również dowody na istnienie klasy pośredniej, zwanej czarnymi dziurami o masie pośredniej.

Najnowsze badania, wykorzystujące dane z Teleskopu Chandra gęstych gromad gwiazd w centrach 108 galaktyk, dostarczają dowodów na to, gdzie te średniej wielkości czarne dziury mogą się tworzyć i jak rosną.

Kiedy gwiazdy znajdują się tak blisko siebie, jak w tych niezwykle gęstych gromadach, stanowi to dobrą pożywkę dla czarnych dziur o masie pośredniej – powiedziała Vivienne Baldassare z Washington State University w Pullman, w stanie Waszyngton, która kierowała badaniami. I wydaje się, że im gęstsza gromada tym większe prawdopodobieństwo, że zawiera ona rosnącą czarną dziurę.

Teoretyczna praca zespołu zakłada, że jeżeli gęstość gwiazd w gromadzie – liczba gwiazd upakowanych w danej objętości – przekroczy wartość progową, czarna dziura o masie gwiazdowej w centrum gromady ulegnie gwałtownemu wzrostowi, wciągając, rozdrabniając i połykając obfite gwiazdy znajdujące się w jej pobliżu.

Wśród gromad objętych nowym badaniem Chandra, te gęstości powyżej progu miały około dwukrotnie większe prawdopodobieństwo wystąpienia rosnącej czarnej dziury niż te poniżej tego progu. Próg gęstości zależy również od tego, jak szybko poruszają się gwiazdy w gromadach.

Jest to jeden z najbardziej spektakularnych przykładów, jakie widzieliśmy na nienasyconą naturę czarnych dziur, ponieważ tysiące lub dziesiątki tysięcy gwiazd mogą zostać skonsumowane podczas ich wzrostu – powiedział Nicholas C. Stone, współautor pracy z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie. Gwałtowny wzrost zaczyna zwalniać dopiero wtedy, gdy zapas gwiazd zaczyna się wyczerpywać.

Inne sposoby powstawania masywnych czarnych dziur w centrach galaktyk, które naukowcy uważają za możliwe, to zapadnięcie się olbrzymiego obłoku gazu i pyłu lub zapadnięcie się zbyt dużych gwiazd bezpośrednio w średniej wielkości czarną dziurę. Oba te pomysły wymagają warunków, które według naukowców istniały tylko w ciągu pierwszych kilkuset milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Proces sugerowany przez najnowsze badania Chandra może zachodzić w dowolnym momencie historii Wszechświata, co sugeruje, że czarne dziury o masie pośredniej mogą powstawać miliardy lat po Wielkim Wybuchu, aż do dzisiaj.

Rozwój czarnych dziur w gęstych gromadach gwiazd może również wyjaśnić wykrycie przez Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) fal grawitacyjnych od niektórych czarnych dziur o masach od 50 do 100 razy większych od masy Słońca. Takie czarne dziury nie są przewidywane przez większość modeli zapadania się masywnych gwiazd.

Nasza praca nie dowodzi, że w gromadach gwiazd dochodzi do gwałtownego wzrostu czarnych dziur – powiedziała Adi Foord, współautorka z Uniwersytetu Stanforda w Palo Alto w Kalifornii. Ale dzięki dodatkowym obserwacjom rentgenowskim i dodatkowemu modelowaniu teoretycznemu moglibyśmy przedstawić jeszcze mocniejszy argument.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Chandra

Vega

Na ilustracji: Galaktyki NGC 1385, NGC 1566, NGC 3344 i NGC 6503, w których widać powstające czarne dziury. Źródło: Rentgenowski: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare i inni; Optyczny: NASA/ESA/STScI.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.