W odległym zakątku wszechświata, na obrzeżach galaktyki NGC 6099, doszło do wyjątkowego zjawiska astronomicznego. Nietypowe źródło promieniowania rentgenowskiego, wykryte już w 2009 roku, ponownie przyciągnęło uwagę naukowców. Za jego emisję odpowiada czarna dziura o masie pośredniej – obiekt niezwykle trudny do wykrycia, a tym bardziej do zbadania. To odkrycie może okazać się kluczem do zrozumienia, jak powstają i ewoluują czarne dziury w całym kosmosie.
Wspieraj Puls Kosmosu na Patronite.pl
Czarne dziury dzielimy na dwie dobrze poznane grupy: stosunkowo niewielkie czarne dziury o masie gwiazdowej, powstające z masywnych gwiazd, oraz gigantyczne, supermasywne czarne dziury, znajdujące się w centrach galaktyk. Pomiędzy nimi teoretycznie istnieje trzecia klasa – czarne dziury o masie pośredniej (IMBH), o masie od kilkuset do 100 000 Słońc. Są one jednak wyjątkowo trudne do wykrycia, ponieważ zwykle nie emitują żadnych sygnałów, które można by łatwo zarejestrować.
Jednym z nielicznych momentów, kiedy taka czarna dziura się ujawnia, jest zjawisko rozerwania pływowego (ang. tidal disruption event, TDE). Dzieje się tak, gdy gwiazda lub obłok gazu zbliży się zbyt bardzo do czarnej dziury. Siły grawitacyjne rozrywają obiekt, a towarzyszy temu intensywny rozbłysk promieniowania rentgenowskiego, widoczny z odległości setek milionów lat świetlnych.
HLX-1 – źródło rentgenowskiej zagadki
Takie właśnie zjawisko zaobserwowano w 2009 roku dzięki teleskopowi Chandra. Około 40 000 lat świetlnych od centrum galaktyki NGC 6099 zarejestrowano ekstremalnie jasne źródło promieniowania rentgenowskiego – HLX-1 (Hyper-Luminous X-ray source 1). Obiekt ten osiągał temperatury rzędu 3 milionów stopni Celsjusza – charakterystyczne dla TDE.
Trzy lata później teleskop XMM-Newton zarejestrował jeszcze jaśniejszy rozbłysk – nawet 100 razy silniejszy niż pierwotny. Do 2023 roku jednak emisja znacznie osłabła. Równolegle, dzięki obserwacjom optycznym z Teleskopu Kanadyjsko-Francusko-Hawajskiego oraz Hubble’a, astronomowie dostrzegli w tym samym miejscu niewielką gromadę gwiazd. To doprowadziło do nowych teorii dotyczących pochodzenia HLX-1.
Samotna czarna dziura pożerająca resztki galaktyki?
Najbardziej prawdopodobna hipoteza zakłada, że HLX-1 to pozostałość po galaktyce karłowatej, która zbliżyła się za bardzo do znacznie większej NGC 6099. Większość jej materii została rozerwana przez siły pływowe, pozostawiając po sobie czarną dziurę i skupisko gwiazd – dawną centralną część tej mniejszej galaktyki. Teraz ten „kosmiczny wrak” dryfuje w halo NGC 6099, od czasu do czasu pożerając pobliskie gwiazdy.
To właśnie jedna z tych gwiazd mogła paść ofiarą TDE obserwowanego w 2009 roku. Jednak naukowcy nie są zgodni co do natury tej interakcji. Według jednej teorii gwiazda przetrwała i porusza się po bardzo wydłużonej orbicie, zbliżając się do czarnej dziury tylko w perycentrum swojej orbity. Wówczas oddaje część swojej masy, generując krótkotrwałe rozbłyski promieniowania rentgenowskiego – tak jak ten z 2012 roku. W 2023 roku jasność była znacznie mniejsza, co może oznaczać, że gwiazda znajdowała się wtedy dalej od czarnej dziury.
Alternatywna interpretacja sugeruje, że gwiazda została rozerwana całkowicie. Jej pozostałości uformowały gorący dysk akrecyjny – wirującą strukturę materii spiralnie opadającej do wnętrza czarnej dziury. To mogło tłumaczyć intensywny rozbłysk z 2012 roku i jego późniejsze osłabienie.
Poszukiwanie zaginionego ogniwa
Wciąż nie wiadomo, która z interpretacji jest trafna. Jak zauważa Roberto Soria z Narodowego Instytutu Astrofizyki we Włoszech, obserwowane zmiany jasności HLX-1 mogą wskazywać zarówno na cykliczne rozbłyski, jak i na jednorazowe, powoli kończące się zjawisko. Dopiero kolejne lata obserwacji przyniosą odpowiedź.
Znaczenie tego przypadku wykracza jednak daleko poza pojedynczy incydent. Jeśli czarne dziury o masie pośredniej, takie jak HLX-1, rzeczywiście istnieją i są powszechniejsze niż dotąd sądzono, mogą one odgrywać kluczową rolę w formowaniu się supermasywnych czarnych dziur poprzez łączenie się podczas zderzeń galaktyk. Brak potwierdzonych przypadków IMBH wciąż jednak utrudnia stworzenie pełnego obrazu ich wpływu na ewolucję wszechświata.
Nadchodzi era nowych odkryć
Obserwacje czarnych dziur o masie pośredniej to wciąż duże wyzwanie. Instrumenty takie jak Chandra, Hubble czy XMM-Newton mają ograniczone pole widzenia, a TDE są nieprzewidywalne. Na szczęście wkrótce sytuacja może się zmienić. Już wkrótce rozpocznie pracę Obserwatorium Very C. Rubin, które w ciągu 10 lat wykona niezwykle szczegółowy przegląd całego nieba. Dzięki szerokiemu polu widzenia i wysokiej czułości powinno z łatwością rejestrować nowe TDE, które następnie będą mogły być badane przez inne teleskopy.
Być może już wkrótce zdołamy uchwycić więcej takich zjawisk, a tym samym zbliżyć się do odpowiedzi na pytanie: jak powstają najpotężniejsze obiekty we wszechświecie?