Centrum naší Galaxie může držet tisíce černých děr

Nová studie odhalila tucet černých děr ve hvězdné hmotnosti do 3 světelných let od supermasivní černé díry v jádru naší galaxie, což by mohlo být jen špičkou ledovce.

Ztvárnění tohoto umělce ukazuje superhmotnou černou díru naší galaxie obklopenou prachem, plynem a 12 černými dírami o hmotnosti hvězd. Vložka ukazuje, že každá černá díra je spárována s obyčejnou hvězdou. Pramínek plynu z hvězdy přivádí černou díru přes akreční disk, který vydává rentgenovou záři.
Columbia University

Dlouho jsme věděli, že v našem galaktickém centru se skrývá supermasivní černá díra s více než čtyřmi milionykrát větší hmotností Slunce. Nyní studie zveřejněná v dubnu 5th Nature způsobuje, že nestvůra není sama. Možná to bude asi 10 000 černých děr s hvězdnou hmotou. Populace černých děr, pokud je skutečná, by odpovídala teoretickým předpovědím, že v centru naší galaxie by mělo skončit spousta obrovských věcí.

Ve skutečnosti je jádro Mléčné dráhy již přeplněným místem: Ve viditelném světle blokuje náš pohled více než 30 prachových a plynných prachů. Jediným způsobem, jak nahlédnout do zakrytého jádra naší galaxie, je jít buď velmi nízko (rádiové pozorování), nebo velmi vysoko (rentgenové nebo gama paprsky). Charles Hailey (Columbia University) a jeho kolegové se rozhodli jít vysoko, založili své výsledky na pozorováních za 16 dní, které Chandra X-ray Observatory shromáždila za posledních 12 let.

Tým analyzoval 92 zdrojů, které zůstávají nevyřešené na rentgenových vlnových délkách, takže vypadají jako světelné body; 26 z nich leží do 3 světelných let od supermasivní černé díry. Pro každý z těchto zdrojů zachytila ​​Chandra během 12 dnů pozorování alespoň 100 fotonů. (Pokud to nezní jako hodně, je to proto, že to není - jedná se o velmi slabé zdroje!)

Astronomové se pak podívali na to, kolik záření tyto zdroje vyzařují při různých energiích: Je to trochu jako dát světlo do hranolu, aby viděl duhu, ale duha je v tomto případě na rentgenových vlnových délkách. A překvapivě astronomové zjistili, že 12 z 26 zdrojů nejblíže k supermasivní černé díře má tendenci mít „modrší“ rentgenové duhy - to znamená, že jsou relativně jasnější při vyšších rentgenových energiích.

Většina rentgenových zářičů v centru naší galaxie jsou bílí trpaslíci, kteří sifonují plyny z obyčejných hvězdných společníků a v tomto procesu vyzařují „červenější“ rentgenové duhy (s více energie emitovanou při nižších rentgenových energiích). Ale nové „modré“ rentgenové zdroje se zdají být binárními soubory s něčím více masivním - buď neutronovými hvězdami nebo černými dírami - zviditelnitelnými pramenem plynu, který je emituje rentgenovými paprsky.

Rentgenový snímek galaktického centra Chandra je překryt kruhy kolem nevyřešených zdrojů rentgenového záření. Červené kruhy označují bílé trpasličí dvojhvězdy, které obvykle emitují více rentgenové paprsky s nízkou energií, zatímco azurové kruhy označují pravděpodobné dvojhvězdy černé díry, které emitují relativně více rentgenové paprsky s vysokou energií. Žlutý a zelený kruh představují oblast mezi 0, 7 a 3 světelnými roky od černé díry.
C. Hailey a kol. / Příroda

Hailey a jeho kolegové tvrdí, že zdroje nevykazují výbuchy charakteristické pro dvojhvězdy neutronových hvězd, takže je pravděpodobnější, že se jedná o černé díry. Dlouhodobé sledování galaktického centra našlo téměř všechny neutronové hvězdné binární soubory podle jejich výbuchů, takže to musí být černé binární díry, které zůstanou, tiše obíhající kolem jejich hvězdných společníků a dodávající tolik plynu, který emituje rentgenové záření, abychom mohli (stěží) je vidět.

Pokud tomu tak je, pak by tyto binární černé díry byly špičkou ledovce. V galaktickém centru by mohlo existovat mnohem více izolovaných černých děr a my bychom je vůbec neviděli. Kolik záleží na tom, jak se tyto černé díry objevily, velmi diskutovaná otázka. Jsou-li hvězdami zajatými hvězdami, může jich být 10 000 - možná ještě více! - černé díry v jádru galaxie *.

Snad nejpřekvapivější je, že tyto rentgenové zdroje nejsou nové; všichni jsou v katalogu zdrojů objevených v Chandře. "V jistém smyslu se dvojhvězdy černé díry schovávaly v očích, " říká Hailey, "ale vytrhávání více prozaických zdrojů a potírání se s plynem z rentgenového záření vyžaduje hodně času a energie a vyhlídky na úspěch byly nejasné. . . . Bylo to tak přesvědčivé tajemství, bylo pro nás příliš lákavé odolat. “

Možná méně?

Ale - a to je velký, ale - je možné, že ne všechny tyto zdroje jsou černé díry. Navíc by se nemuseli utvořit ve svých současných drahách. Astronomové dlouho hledali rychle se otáčející neutronové hvězdy známé jako milisekundové pulsary v galaktickém centru, o nichž se obecně říká, že jsou zachyceny z kulovitých hvězdokup, které prochází galaktickým středem.

Jedním z důvodů, proč jsou tyto pulsary tak důležité, je to, že by mohly být za vinu za podivně velké množství paprsků gama, které Fermiho dalekohled pozoroval vyzařování z galaktického centra. Zatímco někteří astronomové navrhli, že signál může být dlouho očekávaným podpisem částic temné hmoty, milisekundové pulsary představují méně exotickou (čtení: snadněji přijímanou) možnost.

"Tato potenciální detekce temné hmoty přiměla lidi, aby prováděli tyto opravdu ambiciózní milisekundové rešerše na pulsary, " říká Daryl Haggard (McGill University, Kanada). "Ale zatím zatím nic nepřinesli." Zůstává nejasné, zda je to proto, že tam nejsou, nebo je prostě těžké je najít: Sonda galaktického centra na rádiových vlnových délkách je jako hledat střevle v turbulentním a kalném řeka; vířící proudy plazmy často zakrývají výhled.

Hailey a jeho tým uznávají, že až polovina jejich nových a modrých rentgenových zdrojů může být vyhledávanými milisekundovými pulsary. To by znamenalo, že by bylo méně izolovaných černých děr, možná jen několik stovek místo tisíců. Přesto je stále v centru naší galaxie strašně velké množství hvězdných zbytků.

"V obou případech je to stále zajímavé, " říká Haggard a dodal, že budoucí rozhlasové studie by mohly pomoci rozlišovat mezi černými dírami a neutronovými hvězdami. Pak se můžeme začít zabývat otázkou, jak se tam tyto objekty dostaly.


* Pokud vás to zajímá: Ne, tyto černé díry nejsou temnou hmotou, kterou jsme hledali. Množství temné hmoty v jádru galaxie by bylo ve skutečnosti velmi malé - většina z toho sahá dále než disk Mléčné dráhy ve tvaru spirály. Také protože černé díry bývaly hvězdami, byly by v jednom okamžiku vyrobeny z normálních, baryonických částic, a máme dobrý důkaz, že temná hmota, ať už je cokoli, není baryonská.