„Mała” supermasywna czarna dziura może zawierać wskazówki dotyczące tego, jak te olbrzymy powstają

Odkrycie supermasywnej czarnej dziury w stosunkowo małej galaktyce może pomóc astronomom rozwikłać tajemnicę związaną z tym, jak rosną największe czarne dziury.

Naukowcy wykorzystali teleskop Chandra, aby zidentyfikować czarną dziurę mającą około 200 000 razy więcej masy niż Słońce, zagrzebaną w gazie i pyle w galaktyce MRK 462.

MRK 462 zawiera zaledwie kilkaset milionów gwiazd, co czyni ją galaktyką karłowatą. Dla porównania, nasza Droga Mleczna posiada kilkaset miliardów gwiazd. Jest to jeden z pierwszych przypadków, gdy silnie przesłonięta supermasywna czarna dziura została znaleziona w galaktyce karłowatej.

Ta czarna dziura w MRK 462 należy do najmniejszych z supermasywnych czarnych dziur – mówi Jack Parker z Dartmouth College w New Hampshire, który kierował badaniami wraz z kolegą Ryanem Hickoxem, również z Dartmouth. Czarne dziury takie, jak ta są niezwykle trudne do znalezienia.

W większych galaktykach astronomowie często odnajdują czarne dziury szukając gwałtownych ruchów gwiazd w galaktycznych centrach. Jednakże, galaktyki karłowate są zbyt małe i słabe, aby większość obecnych instrumentów mogła to wykryć. Inną techniką jest poszukiwanie śladów rosnących czarnych dziur, takich jak gaz rozgrzewający się do milionów stopni i świecących w promieniach X podczas jego opadania w kierunku czarnej dziury.

Badacze wykorzystali Chandrę do przyjrzenia się ośmiu galaktykom karłowatym, które wcześniej wykazywały oznaki wzrostu czarnej dziury na podstawie danych optycznych zebranych Sloan Digital Sky Survey. Z tych ośmiu tylko MRK 462 wykazała rentgenowską sygnaturę rosnącej czarnej dziury.

Niezwykle duża intensywność wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego w porównaniu z niskoenergetycznym promieniowaniem X, wraz z porównaniami z danymi dla innych długości fal, wskazuje, że czarna dziura MRK 462 jest silnie przesłonięta przez gaz.

Ponieważ przesłonięte czarne dziury są jeszcze trudniejsze do wykrycia niż te odsłonięte, znalezienie tego przykładu może oznaczać, że jest tam znacznie więcej galaktyk karłowatych z podobnymi czarnymi dziurami – powiedział Hickox. Jest to ważne, ponieważ może nam pomóc w rozwiązaniu ważnego pytania w astrofizyce: w jaki sposób czarne dziury stały się tak duże tak wcześnie we Wszechświecie?

Poprzednie badania wykazały, że czarne dziury mogą urosnąć do miliarda mas Słońca w czasie, gdy Wszechświat ma mniej niż miliard lat, czyli niewielki ułamek jego obecnego wieku. Jednym z pomysłów jest to, że te olbrzymie obiekty powstały, gdy masywne gwiazdy zapadały się, tworząc czarne dziury, które ważyły tylko około 100 mas Słońca. Prace teoretyczne mają jednak trudności z wyjaśnieniem, w jaki sposób mogły one przybrać na wadze na tyle szybko, by osiągnąć rozmiary obserwowane we wczesnym Wszechświecie.

Alternatywnym wyjaśnieniem jest to, że wczesny Wszechświat został zasiany czarnymi dziurami mającymi w czasie powstania dziesiątki tysięcy mas Słońca – być może w wyniku zapadnięcia się olbrzymich obłoków gazu i pyłu.

Duży odsetek galaktyk karłowatych z supermasywnymi czarnymi dziurami przemawia za tym, że małe nasiona czarnych dziur z najwcześniejszych generacji gwiazd rosły zadziwiająco szybko, tworząc obiekty o masie miliarda Słońc we wczesnym Wszechświecie. Mniejsza frakcja przechyliłaby szalę na korzyść idei, że czarne dziury rozpoczęły życie mając masę dziesiątek tysięcy Słońc.

Oczekiwania te mają zastosowanie, ponieważ warunki niezbędne do bezpośredniego zapadnięcia się olbrzymiego obłoku do średniej wielkości czarnej dziury powinny być rzadkie, więc nie oczekuje się, że duża część galaktyk karłowatych będzie zawierać supermasywne czarne dziury. Z drugiej strony, czarne dziury o masie gwiazdowej są spodziewane w każdej galaktyce.

Nie możemy wyciągnąć mocnych wniosków na podstawie jednego przykładu, ale ten wynik powinien zachęcić do znacznie szerszych poszukiwań ukrytych czarnych dziur w galaktykach karłowatych – powiedział Parker.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Chandra

Vega

Na ilustracji: Grupa galaktyk HCG 068, w której znajduje się galaktyka karłowata MRK 462. Źródło: Promieniowanie X: NASA/CXC/Dartmouth Coll./J. Parker & R. Hickox; Optyczne/podczerwień: Pan-STARRS.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.