Czy to druga pod względem wielkości czarna dziura w Drodze Mlecznej?

dnia 15/01/2016

druga_czarna_dziura_w_Drodze_Mlecznej

Astronomowie korzystający z 45-metrowej średnicy radioteleskopu Nobeyama odkryli ślady niewidocznej czarnej dziury o masie 100 000 mas Słońca krążącej wokół centrum Drogi Mlecznej. Zespół zakłada, że ta możliwa czarna dziura o średniej masie może stanowić klucz do zrozumienia narodzin supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktyk.

Zespół astronomów pracujący pod kierownictwem Tomoharu Oka, profesora z Keio University w Japonii odkrył enigmatyczny obłok gazu (nazwany CO-0.40-0.22) znajdujący się zaledwie 200 lat świetlnych od centrum Drogi Mlecznej. Obłok ten ma jedną bardzo nietypową cechę: znaczącą dyspersję prędkości – w obłoku znajduje się gaz charakteryzujący się bardzo szeroką paletą prędkości. Cecha ta możliwa była do odkrycia dzięki wykorzystaniu dwóch radioteleskopów: 45-metrowego radioteleskopu Nobeyama w Japonii oraz ASTE Telescope w Chile – obydwa teleskopy wykorzystywane są przez National Astronomical Observatory of Japan.

Aby szczegółowo zbadać strukturę obłoku, zespół obserwował CO-0.40-0.22 za pomocą teleskopu Nobeyama uzyskując w ten sposób widmo 21 linii emisyjnych dla 18 molekuł. Wyniki pomiarów wskazują, że obłok ma eliptyczny kształt i składa się z dwóch komponentów: kompaktowego choć rzadkiego komponentu o bardzo szerokiej dyspersji prędkości rzędu 100 km/s oraz gęstego komponentu rozciągającego się na 10 lat świetlnych o wąskiej dyspersji prędkości.

Co sprawia, że dyspersja prędkości jest tak szeroka? W obłoku nie ma żadnych dziur. Co więcej obserwacje w zakresie rentgenowskim czy podczerwonym nie zakończyły się znalezieniem żadnego kompaktowego obiektu. To oznacza, że za dyspersję prędkości nie odpowiada żadne lokalne źródło energii takie jak wybuch supernowej.

signsofsecon

Zespół badaczy wykonał liczne symulacje obłoku gazowego napędzanego  silnym źródłem grawitacji. Wyniki symulacji wskazują, że obłoki gazowe są najpierw przyciągane przez źródło, ich predkość rośnie wraz ze zbliżaniem się do niego, osiąga maksymalną wartość w najmniejszej odległości od obiektu. Następnie obłok kontynuuje poruszanie się, ale jego prędkość spada. Okazało się, że model wykorzystujący źródło grawitacji o masie 100 000 mas Słońca mieszczący się w promieniu 0.3 roku świetlnego najlepiej pasuje do obserwowanych danych. „Zważając na fakt, że obserwacje w zakresie rentgenowskim i podczerwonym nie pozwoliły na zlokalizowanie żadnego kompaktowego obiektu,” tłumaczy Oka, główny autor artykułu opublikowanego w czasopiśmie Astrophysical Journal Letters „jak na razie najlepszym kandydatem na kompaktowy masywny obiekt wewnątrz obłoku jest czarna dziura.”

Jeżeli faktycznie tak jest – będzie to pierwszy przypadek odkrycia czarnej dziury o średniej masie. Astronomowie jak dotąd znają dwa rodzaje czarnych dziur: czarne dziury o masie gwiazdy powstałe wskutek gigantycznych eksplozji bardzo masywnych gwiazd; oraz supermasywne czarne dziury (SMBH) często znajdowane w centrach galaktyk. Masa SMBH mieści się w zakresie od kilku milionów do kilku miliardów mas Słońca. Jak dotąd odkryto wiele SMBH, jednak nikt nie wie w jaki sposób one tak właściwie powstają. Jednym z proponowanych wytłumaczeń jest łączenie się wielu czarnych dziur o masie pośredniej. Jednak ta teoria ma jeden zasadniczy problem – jak dotąd nikomu nie udało się zaobserwować żadnej czarnej dziury o średniej masie(przyp. red. nie do końca jest to prawda – patrz ostatnie odkrycie dokonane za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra opisane przez Tomasza Andela TUTAJ). Jeżeli obłok CO-0.40-0.22 znajdujący się zaledwie 200 lat świetlnych od radioźródła SgrA* (supermasywnej czarnej dziury o masie 400 milionów mas Słońca w centrum Drogi Mlecznej) zawiera w sobie czarną dziurę o średniej masie – może on stanowić dowód wspierający teorię o ewolucji supermasywnych czarnych dziur poprzez łączenie się ze sobą czarnych dziur o średniej masie.

1-signsofsecon

Wyniki te pozwalają na stworzenie nowego sposobu poszukiwania czarnych dziur za pomocą radioteleskopów. Najnowsze obserwacje wskazują na istnienie wielu kompaktowych obłoków o szerokiej dyspersji prędkości podobnych do CO-0.40-0.22. Zespół badawczy uważa, że niektóre z nich mogą skrywać w swoich wnętrznościach czarne dziury. Badania wskazują, że w samej Drodze Mlecznej znajduje się około 100 milionów czarnych dziur, jednak obserwacje rentgenowskie pozwoliły jak dotąd na zlokalizowanie zaledwie kilkudziesięciu z nich. Większość czarnych dzur może być „ciemna” i bardzo trudna do zaobserwowania na jakiejkolwiek długości fali. „Badanie ruchu gazu za pomocą radioteleskopów może stanowić uzupełniający sposób poszukiwania ciemnych czarnych dziur,” tłumaczy Oka. „Trwający aktualnie szeroki przegląd Drogi Mlecznej za pomocą teleskopu Nobeyama oraz wysokiej rozdzielczości obserwacje pobliskich galaktyk za pomocą obserwatorium ALMA (Atacama Large Milimeter/submilimeter Array) mogą potencjalnie znacząco zwiększyć liczbę odkrytych czarnych dziur.”

Wyniki obserwacji zostały opublikowane przez Oka et al. pod tytułem „Signature of an Intermediate-Mass Black Hole in the Central Molecular Zone of Our Galaxy” w czasopiśmie Astrophysical Journal Letters 1 stycznia 2016 roku. Członkowie zespołu badawczego to Tomoharu Oka, Reiko Mizuno, Kodai Miura, Shunya Takekawa – wszyscy z Keio University.

2-signsofsecon

 

Więcej informacji

Źródło: NAOJ/phys/ApJL

Dodaj komentarz