Czy istnieją czarne dziury o masach pośrednich?

Fioletowe plamki oznaczają dwie czarne dziury w galaktyce spiralnej NGC 1313 (Topsy Turvy Galaxy). Obie należą do klasy obiektów znanych jako ULX. Również zaznaczone na fioletowo promieniowanie X zostało zmierzone przez Teleskop NASA NuSTAR. Dane z niego zostały nałożone na obraz optyczny z przeglądu Digitized Sky Survey. Źródło: NASA/JPL-Caltech/IRAP

Niektóre z teorii sugerują, że pośrednie czarne dziury mogły formować się jedynie w bogatych, gęstych skupiskach gwiazd – poprzez powtarzające się „mergery” (procesy zlewania się dwóch czarnych dziur w jedną). Jednak wciąż pozostaje wiele związanych z tym, niewyjaśnionych kwestii.

Czarne dziury mogą być malutkie, o masach zaledwie 10 mas Słońca. Mogą być też prawdziwymi monstrami o masach rzędu 10 miliardów Słońc. Czy jednak mogą występować w średnich masach i rozmiarach? Teleskop NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) próbuje badać pewną klasę czarnych dziur, które mogłyby należeć do takiej właśnie kategorii. Najpoważniejszym problemem do wyjaśnienia jest sposób, w jaki takie pośrednie czarne dziury mogą się tworzyć. Czy są to faktycznie powtarzające się zjawiska zlewania się czarnych dziur?

Największe, tak zwane supermasywne czarne dziury dominują w sercach galaktyk. Ich olbrzymia grawitacja powoduje ściąganie na ich powierzchnię materii z otaczającej je galaktyki. Materia ta jest następnie rozgrzewana na skutek tarcia, skutek czego wyzwala się również silne promieniowanie rentgenowskie. Małe czarne dziury dopełniają ów galaktyczny krajobraz. Formują się pod wpływem kollapsu grawitacyjnego w ostatnich fazach ewolucji gwiazd masywniejszych niż Słońce. Pośrednie czarne dziury, jeśli istnieją, muszą leżeć gdzieś pomiędzy tymi dwoma przypadkami ekstremalnymi. Mogą pochodzić od obiektów znanych nam jako ULX (ULXs, ultraluminous X-ray sources, superjasne źródła rentgenowskie). Są to w zasadzie pary ciał niebieskich, z których jedno jest czarną dziurą i żarłocznie żywi się normalną gwiazdą. Ten proces żywienia się przypomina nieco analogiczne zjawisko zachodzące w przypadku supermasywnych czarnych dziur, jednak na mniejszą i spokojniejszą skalę. Kolejną różnicą jest to, że obiekty typu ULX znajdują się w całej objętości galaktyki, nie tylko w jej centrum.

Jasny blask promieniowania rentgenowskiego z ULX-ów jest zbyt duży, by mógł pochodzić jedynie od bardziej typowych, małych czarnych dziur. To i inne obserwacje zdają się więc wskazywać na to, że obiekty tego rodzaju zawierają pośrednie czarne dziury o masach od około 100 do 10000 mas Słońca. Alternatywnie wyjaśnienie obserwacji może też polegać na nieznanym na dotąd, egzotycznym zjawisku związanym z olbrzymią żarłocznością czarnej dziury bardzo silną akrecją.


NuSTAR i inne teleskopy przyglądają się bliżej obiektom ULX. Mają nam dostarczyć ich pierwszym dokładny obraz w promieniach X, co pozwoli być może na lepsze oszacowanie mas i innych parametrów ich czarnych dziur. Zespół naukowy kierowany przez dr. Waltona z CalTech zgłosił już jednak nieoczekiwane odkrycie ULX-a położonego w galaktyce spiralnej Circinus, około 13 milionów lat świetlnych stąd. Zobaczył go nie tylko NuSTAR, ale i należący do ESA Teleskop XMM-Newton. Naukowcy przejrzeli również dla tego obiektu dane archiwalne z Chandry, Teleskopu Swift i Spitzera oraz japońskiego Suzaku. ULX badany jest więc intensywnie na różnych długościach fal. Wyniki wskazują na dzień dzisiejszy na to, że tamtejsza czarna dziura jest około 100 razy masywniejsza od Słońca. Czyli faktycznie może należeć do klasy czarnych dziur pośrednich. Podobnie wyniki otrzymano niedawno dla dwóch ULX-ów z galaktyki spiralnej NGC 1313, także odległej od nas o mniej więcej 13 milionów lat świetlnych.

Cały artykuł: Walton, D. et al, An Extremely Luminous and Variable Ultraluminous X-Ray Source in the Outskirts of Circinus Observed with NuSTAR.

Źródło: Elżbieta Kuligowska | Źródło: astronomy.com

Liczba odsłon: 1719


Teleskop NuSTAR na orbicie ziemskiej. Źródło: NASA/JPL-Caltech