Czarna dziura o masie pośredniej w centrum gromady kulistej

W gromadzie kulistej znajdującej się w Galaktyce Andromedy prawdopodobnie wykryto czarną dziurę o masie pośredniej – rodzaj nieuchwytnej czarnej dziury.

Czarne dziury o masie pośredniej
Uważa się, że czarne dziury o masie rzędu dziesiątek mas Słońca (M☉) powstają w wyniku zapadania się masywnych gwiazd. Powstawanie supermasywnych czarnych dziur – o masach od milionów do miliardów mas Słońca – jest mniej jasne. Biorąc pod uwagę ich duże masy, nie ma wystarczająco dużo czasu, aby czarne dziury o masie gwiazdowej rozwinęły się w supermasywne czarne dziury, które, jak wiemy, istniały dość wcześnie w historii Wszechświata. Jedną z możliwości jest to, że „nasiona”, z których wyrastają supermasywne czarne dziury, znajdują się gdzieś pomiędzy 102 a 105 M☉, czyli w miejscu, które nazywamy czarnymi dziurami o masie pośredniej.

Mimo swojego znaczenia, czarne dziury o masie pośredniej pozostają nieuchwytne, a ich istnienie nie zostało do końca potwierdzone. Najlepszym sposobem pomiaru masy czarnych dziur jest wykorzystanie ruchów gwiazd wokół nich, ale taka taktyka może nie działać w przypadku tych o masach pośrednich, ponieważ mają one mniejszą strefę oddziaływań niż supermasywne czarne dziury. W artykule opublikowanym 22 marca 2022 roku naukowcy przyjrzeli się możliwej czarnej dziurze o masie pośredniej w gromadzie kulistej w sąsiedniej galaktyce M31, znanej również jako Galaktyka Andromedy.

Ustalanie masy
Gromada kulista B023-G078 jest najbardziej masywną gromadą w Andromedzie, a prędkości gwiazd w niej wydają się wskazywać na obecność masywnego obiektu centralnego. Autorzy artykułu wykorzystują obraz gromady z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a oraz obserwacje spektroskopowe z Obserwatorium Gemini, aby ustalić, czy ta centralna masa może wskazywać na czarną dziurę o masie pośredniej.

Autorzy wykorzystują obrazy z HST do opracowania modeli masy czarnej dziury. Stosują metodę znaną jako modelowanie anizotropowe Jeansa, która polega na dopasowaniu równań Jeansa do obserwacji gromady gwiazd lub galaktyki. Wysoka rozdzielczość danych z Gemini (oraz bliskość gromady) pozwala uzyskać informacje o ruchu poszczególnych gwiazd w gromadzie. Używając spektroskopii pola integralnego, autorzy wyznaczają pierwiastek kwadratowy średniej prędkości gwiazd w różnych odległościach od centrum gromady, która zależy od masy centralnej. Następnie porównują swoje modele z zaobserwowanymi prędkościami.

Najlepiej dopasowane modele dają obiektowi centralnemu masę 9 ˟ 104 M☉, co plasuje go na terytorium czarnej dziury o masie pośredniej!

Jest możliwe, że masa centralna to w rzeczywistości kilka czarnych dziur o masie gwiazdowej, a nie jedna o masie pośredniej. Główna różnica między tymi dwiema możliwościami polega na tym, że zbiór wielu czarnych dziur wygląda na bardziej rozciągnięty niż pojedynczy zwarty obiekt. Autorzy badają tę możliwość za pomocą swoich modeli, ale jakiekolwiek wnioski mogą wymagać obserwacji w wyższych rozdzielczościach.

Jest jednak jeszcze coś, co może nam podpowiedzieć, czy jest to rzeczywiście czarna dziura o masie pośredniej: pochodzenie gromady kulistej.

Pozostałości po małej galaktyce?
Ze względu na duży rozrzut metaliczności gwiazd w gromadzie autorzy rozważają możliwość, że B023-G078 jest pozostałością po małej galaktyce, która uległa zderzeniu z Andromedą, co uczyniło z niej gromadę gwiazd z odsłoniętym jądrem. Pomysł polega na tym, że gdy małe galaktyki łączą się w większe, siły pływowe rozrywają części galaktyki, w tym gromadę gwiazd z odsłoniętym jądrem w centrum, w której znajduje się masywna czarna dziura, pozostawiając po sobie gromadę kulistą.

Biorąc pod uwagę masę gromady (~106 M☉), autorzy szacują, że pierwotna galaktyka miała masę ~109 M☉. (Dla porównania, masa Drogi Mlecznej wynosi ~1011 M☉) Ponieważ masa centralnej czarnej dziury zwykle skaluje się z masą galaktyki, takie oszacowanie masy oznacza, że to jądro jest dobrym miejscem do poszukiwania czarnej dziury o masie pośredniej.

Połączenie masy czarnej dziury uzyskanej w wyniku modelowania oraz dowodów na to, że gromada ta jest gromadą gwiazd z odsłoniętym jądrem, skłania autorów do uznania, że w gromadzie tej rzeczywiście znajduje się czarna dziura o masie pośredniej!

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
AAS

Vega

Na ilustracji: Mayall II jest jedną z ponad 500 gromad kulistych w M31. Czy jedna z tych gromad może być siedliskiem nieuchwytnego rodzaju czarnej dziury? Źródło: Judy Schmidt via Wikipedia.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.