Centrum Drogi Mlecznej a czarne dziury

Droga Mleczna

Zespół astrofizyków kierowany przez naukowców z Uniwersytetu Columbia odkrył kilkanaście czarnych dziur w otoczeniu supermasywnej czarnej dziury Sagittarius A* (Sgr A*) w centrum Drogi Mlecznej. To pierwsze odkrycie, które bezpośrednio wspiera proponowaną od dekad teorię, która otwiera liczne możliwości lepszego zrozumienia Wszechświata.

„Badając to miejsce możemy się dowiedzieć wszystkiego co chcieliśmy wiedzieć o tym jak duże czarne dziury oddziałują z małymi czarnymi dziurami” mówi Chuck Hailey, astrofizyk z Columbii, dyrektor Columbia Astrophysics Lab i główny autor opracowania. „Droga Mleczna jest tak naprawdę jedyną galaktyką, w której możemy badać jak supermasywne czarne dziury oddziałują z małymi, ponieważ nie jesteśmy w stanie obserwować tych interakcji w innych galaktykach. W pewnym sensie jest to jedyne laboratorium, w którym możemy badać to zjawisko”.

Artykuł opisujący badania pojawił się dzisiaj w periodyku Nature.

Przez ponad dwadzieścia lat naukowcy bez powodzenia poszukiwali dowodów wspierających teorię, według której tysiące czarnych dziur otacza supermasywne czarne dziury (SMBH) w centrach dużych galaktyk.

„W całej naszej galaktyce rozciągającej się na 100 000 lat świetlnych odkryliśmy zaledwie kilkadziesiąt czarnych dziur – a powinno ich być od 10 000 do 20 000 w obszarze o średnicy zaledwie 6 lat świetlnych, których jak dotąd nikt nie był w stanie znaleźć” mówi Hailey, zaznaczając, że mamy za sobą obszerne, bezowocne poszukiwania czarnych dziur w pobliżu Sgr A*, najbliższej SMBH do Ziemi i tym samym najłatwiejszej do badania. „Jak dotąd nie mieliśmy zbyt dużo wiarygodnych dowodów”.

Hailey tłumaczy, że Sgr A* otoczona jest halo gazu i pyłu, które jest idealnym miejscem do powstawania masywnych gwiazd, które tam też żyją, umierają i pozostawiają po sobie czarne dziury. Co więcej, uważa się także, że czarne dziury spoza tego halo opadają w kierunku SMBH pod wpływem jej grawitacji powoli tracąc energię.

Podczas gdy większość uwięzionych czarnych dziur pozostaje samotna, niektóre przechwytują i wiążą się z przelatującymi w pobliżu gwiazdami tworząc z nimi układy podwójne. Badacze uważają, że w centrum Galaktyki znajduje się mnóstwo takich samotnych i podwójnych czarnych dziur, które tworzą sferę, w której znajduje się tym więcej czarnych dziur im bardziej zbliżamy się do SMBH.

W przeszłości nieudane próby znalezienia takich obiektów skupiały się na poszukiwaniu jasnych błysków promieniowania rentgenowskiego, jakie charakteryzują układy podwójne z czarną dziurą.

„To oczywisty sposób poszukiwania czarnych dziur, ale centrum Drogi Mlecznej jest tak daleko od Ziemi, że błyski, które są na tyle silne i jasne, abyśmy byli w stanie je dostrzec zdarzają się raz na 100 do 1000 lat”. Aby zatem wykryć układy podwójne z czarnymi dziurami, Hailey wraz ze współpracownikami postanowił poszukać słabszego, ale bardziej stałego promieniowania rentgenowskiego emitowanego gdy układy podwójne są nieaktywne.

„Byłoby znacznie łatwiej gdyby układy podwójne z czarnymi dziurami regularnie emitowały silne rozbłyski jak układy podwójne z gwiazdą neutronową, ale niestety tego nie robią, więc musieliśmy znaleźć inny sposób poszukiwania ich” mówi Hailey. „Samotne, niezwiązane czarne dziury są po prostu czarne, nie robią nic. Zatem poszukiwanie takich czarnych dziur także nie jest zbyt mądre. Jednak gdy czarne dziury wiążą się z małomasywną gwiazdą, taki związek emituje słabsze rozbłyski promieniowania rentgenowskiego, które jednak są stałe i wykrywalne. Gdybyśmy byli w stanie odkryć czarne dziury związane z małomasywnymi gwiazdami, moglibyśmy na ich podstawie oszacować wielkość populacji samotnych czarnych dziur w ich otoczeniu”.

Hailey wraz ze współpracownikami skierował swoje kroki w stronę archiwalnych danych z Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra z myślą, aby przetestować swoją technikę. Badacze poszukiwani sygnatur rentgenowskich pochodzących od nieaktywnych układów podwójnych czarnej dziury z małomasywną gwiazdą i faktycznie znaleźli 12 takich obiektów w odległości do 3 lat świetlnych od Sgr A*. Następnie przeanalizowali właściwości i rozkład przestrzenny zidentyfikowanych układów podwójnych i ekstrapolując wywnioskowali, że w otoczeniu Sgr A* może być od 300 do 500 takich układów podwójnych i około 10 000 samotnych czarnych dziur.

„To odkrycie potwierdza istotną teorię, a jej implikacji jest mnóstwo” mówi Hailey. „Nasze dane znacząco wspomogą badanie fal grawitacyjnych ponieważ wiedza o liczbie czarnych dziur w typowej galaktyce może pomóc lepiej przewidywać liczbę fal grawitacyjnych z nimi związanych. Wszystkie informacje jakich potrzebują astrofizycy znajdują się w centrum naszej galaktyki”.

Źródło: Columbia University