Czarna dziura wagi średniej w 47 Tucanae

Astronomowie wiedzą doskonale, że małe czarne dziury począwszy od 10 razy do 100 masywniejsze od Słońca, to pozostałości umierających gwiazd i że czarne dziury o masach powyżej miliona mas Słońca, zajmują centra większości typowych galaktyk. Jednak coraz głośniej jest o czarnych dziurach „wagi średniej” posiadających od 100 do 10.000 mas Słońca. Czarne dziury tej kategorii są tak trudne w wykryciu, że ​​nawet ich istnienie bywa kwestionowane. Okazuje się, że 47 Tucanae – druga najjaśniejsza gromada kulista na niebie, znajdująca się ponad 15.000 lat świetlnych od nas – kryje według nowego artykułu w czasopiśmie Nature, czarną dziurę około 2200 razy bardziej masywną niż Słońce.

„Chcemy znaleźć pośrednie czarne dziury, ponieważ są brakującym ogniwem między czarnymi dziurami o masach gwiazdowych i gigantach w centrach galaktyk” – powiedział Dr Bulent Kiziltan z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, główny autor badania. Mamy podejrzenie, że mogą być pierwotnymi nasionami, które rosły do ​​potworów zajmujących obecnie centra galaktyk”

Położona w południowej konstelacji Tukana, 47 Tucanae o średnicy 120 lat świetlnych jest tak duża, że ​​mimo odległości zajmuje na niebie obszar zbliżony do Księżyca w pełni. Skupiająca kilka milionów gwiazd, 47 Tucanae jest jedną z najjaśniejszych i najbardziej masywnych znanych gromad kulistych. Zawiera ona także 25 znanych pulsarów, które były również istotnymi celami badania. Gromada była wcześniej badana pod kątem obecności centralnej czarnej dziury ale bez powodzenia.

Zwykle czarne dziury wykrywane są za pomocą obserwacji promieniowania rentgenowskiego, które pochodzi z dysku gazu i materii, wirującego wokół czarnej dziury. Sposób ten jest możliwy jednak tylko w przypadku gdy dysk jest „karmiony” gazem z otoczenia. Centrum 47 Tucanae jest wolne od gazu przez co kryjąca się tam czarna dziura nie mogłaby być wykryta w powyższy sposób.

Centrum 47 Tucanae. Zdjęcie z Hubble’a ukazujące blask 200.000 gwiazd. NASA / ESA / H. Richer & J. Heyl, British Columbia University / J. Mack, STScI / G. Piotto, Uniwersytet w Padwie.

Obecność czarnej dziury w gromadzie opiera się na dwóch innych dowodach:

• Kompleksowy ruch gwiazd w gromadzie.

Gwiazdy w typowej gromadzie kulistej oddziałują ze sobą grawitacyjnie, prędkość orbitalna lżejszych gwiazd rośnie a one same przemieszczają w stronę krawędzi gromady. Ten sam proces powoduje, że cięższe gwiazdy tracą prędkość orbitalną i gromadzą się na orbitach położonych bliżej jądra.

Czarna dziura o masie pośredniej w centrum gromady działa jak kosmiczna proca, która przyspiesza i wyrzuca gwiazdy na większe odległości. To subtelny ale możliwy do obserwacji i mierzalny sygnał obecności czarnej dziury. Dzięki zastosowaniu symulacji komputerowej gwiezdnych ruchów i odległości oraz porównując je z przeprowadzonymi obserwacjami, dr Kiziltan i współpracownicy znaleźć dowody na taką grawitacyjną anomalię.

• Pulsary w 47 Tucanae

Tok myślenia zbliżony do pierwszego. Pulsary to obiekty będące pozostałościami po masywnych gwiazdach więc również powinny znajdować się odpowiednio blisko centrum gromady. Jednak w 47 Tucanae wykrywane są w większej odległości od centrum niż można by oczekiwać.

Łącznie, obydwa dowody sugerują obecność czarnej dziury o masie pośredniej – około 2200 mas Słońca w obrębie gromady.

Odkrycie w gromadzie 47 Tucanae średniej wielkości czarnej dziury i trudności z dotychczasowymi badaniami obiektów tej klasy, mogą sugerować istnienie podobnych obiektów w innych gromadach kulistych.

http://www.sci-news.com/intermediate-mass-black-hole
http://www.nature.com/nature/journal/v542/n7640/full/nature21361.html