Vědci vidí silný důkaz vzácné černé díry střední hmotnosti

Vzdálená rentgenová erupce dává více paliva konceptu černých děr střední hmotnosti.

Tento obrázek ukazuje černou díru přivádějící se na inspirující disk plynného materiálu.
XMM Newton / ESA / NASA

Nedávno objevená rentgenová erupce ze vzdáleného hvězdokupu může být výpovědní známkou krmení černé díry. Tým za těmito pozorováními říká, že je to zatím nejsilnější důkaz pro černé díry střední třídy, nepolapitelný člen rodiny černých děr.

Mezilehlé černé díry se předpovídají na základě teoretických studií a počítačových simulací, ale v divočině bylo těžké je spatřit. Mnoho astronomů věří, že existují, z evolučního hlediska. Koneckonců, existují důkazy o černých dírách s hvězdnou hmotností a o supermasivních černých dírách s miliony nebo miliardami solárních hmot v centrech většiny velkých galaxií. Proč mezi nimi není třída černých děr?

Nejlepší důkaz pro středně velké černé díry?

Ve studii, která se objevila v Astronomii přírody 18. června, vědci popsali svá pozorování zdroje rentgenového záření v hvězdokupě, která leží na okraji galaxie vzdálené více než 700 milionů světelných let. Zdroj rentgenového záření je známý jako 3XMM J215022.4−055108. Ukázalo se to dvakrát v pozorováních pořízených v letech 2006 až 2009 rentgenovým kosmickým dalekohledem XMM-Newton. Následná pozorování pomocí kosmických dalekohledů Swift a Chandra ukázala, že zdroj rentgenových paprsků byl stále v letech 2014 a 2016, i když vyzařoval na slabších úrovních.

Obrázek galaxie Hubble Space Telescope ve vzdálenosti více než 700 miliónů světelných let (žlutá-bílá) se překrývá s obrazem rentgenové observatoře Chandra rentgenového zdroje na okraji galaxie vlevo dole (fialová). Rentgenové paprsky pocházejí ze zbytků hvězdy, která byla roztrhána, když dopadala na černou díru střední hmotnosti.
Rentgen: NASA / CXC / UNH / D.Lin et al; Optické: NASA / ESA / STScI

Data jako celek naznačují přílivovou narušení . Když se hvězda dostane do dosahu černé díry, extrémní gravitační pole roztrhne hvězdu od sebe, zahodí některé trosky a zbytek spolkne. Jak materiál letí do černé díry, materiál se stává velmi horkým - miliony stupňů - a emituje rentgenové paprsky. Jas světlice v průběhu let mizel tempem, které odpovídá simulacím hvězdy, kterou pohlcuje černá díra desetkrát tisíce hmotností Slunce.

Zatímco se zdá, že rentgenové paprsky pocházejí z horkého plynu, jeho teplota se výrazně ochladila, když se světlice rozšířila, což souhlasí s dalšími pozorováními zásobování černých děr hvězdnou hmotností, tým uvedl. Porovnání způsobu, jakým se světlice změnila při různých rentgenových energiích s modelem plynu narůstajícím na černou díru, dává hmotu černé díry a tým tvrdí, že nejjasnější důkaz o černé díře střední hmotnosti.

Astronomové měli štěstí, že objevili světlice, říká hlavní vyšetřovatel studie. „Je to zvláštní případ, protože hvězda se stala tak blízko této černé díře, “ říká Dacheng Lin (University of New Hampshire Space Science Center). Dodává, že tým i nadále prochází archivními daty v naději, že uvidí další světlice, jako je tato.

K zálohování této nové práce však bude zapotřebí dalších pozorování, varuje Bülent Kızıltan (Harvardská univerzita), kteří se studie nezúčastnili. Kızıltanův primární zájem je, že vědci použili několik modelů, aby dospěli k jejich závěrům. Přestože poznamenává, že studie se jeví jako solidní, dodává, že každá složitost simulace zvyšuje šance, že za signál může být odpovědné něco jiného.

Stále na lovu

Globální klastr 47 Tucanae obsahuje desítky tisíc hvězd - a možná i černou díru střední hmotnosti.
NASA / ESA / Hubble Heritage (STScI / AURA) / Hubble Collaboration. Poděkování: J. Mack (STScI) a G. Piotto (Univ. Z Padova, Itálie)

Je obtížné najít černé díry střední hmotnosti. Astronomové hledali černé díry střední velikosti ve „přeplněných polích“, jako jsou hvězdokupy, ale Kızıltan poznamenává, že je to trochu náhodné vyhledávání. „Abych byl upřímný, “ říká, „nemáme žádné další prostředky, jak jít za tím. Nemůžeme se jen podívat do prázdnoty vesmíru. Jak doufáme, že je najdeme jejich interakcí s jejich prostředím. Musí to být přeplněné pole. “

Kızıltan vedl studii přírody z roku 2017 týkající se možné černé díry střední hmotnosti v centru globulárního seskupení 47 Tucanae (NGC 104). Ve studii svého týmu simulovali gravitační podpis černé díry na základě pohybů pulsarů, které se otáčely kolem shluku, a přicházely s hmotností 2 200 solárních hmot. Nakonec tyto výsledky nepřesvědčil každého - ale přesto se zdá, že důkazy rostou pro černé díry střední hmotnosti.