Czas znaleźć wszystkie brakujące czarne dziury.
To argument wysunięty przez parę japońskich astrofizyków, którzy napisali artykuł proponujący nowe poszukiwanie milionów „izolowanych czarnych dziur” (IBH), które prawdopodobnie zaludniają naszą galaktykę. Te czarne dziury, zagubione w ciemności, sączy materię z ośrodka międzygwiezdnego - pyłu i innych rzeczy unoszących się między gwiazdami. Ale ten proces jest nieefektywny, a duża część materii zostaje wyrzucona w przestrzeń kosmiczną z dużą prędkością. Naukowcy napisali, że odpływ wchodzi w interakcję z otaczającym środowiskiem, dlatego powinien wytwarzać fale radiowe, które ludzkie teleskopy mogą wykryć. A jeśli astronomowie będą w stanie odfiltrować te fale z całego szumu w reszcie galaktyki, mogą wykryć te niewidzialne czarne dziury.
„Naiwnym sposobem obserwowania IBH jest emisja promieniowania rentgenowskiego” - napisali naukowcy w swoim artykule, który nie został jeszcze oficjalnie oceniony i który udostępniono 1 lipca jako preprint na arXiv.
Dlaczego? Gdy czarne dziury wysysają materię z kosmosu, materia na obrzeżach przyspiesza i tworzy tak zwany dysk akrecyjny. Materia na tym dysku ociera się o siebie, gdy obraca się w kierunku horyzontu zdarzeń - punktu, w którym czarna dziura nie ma powrotu - wyrzucając promieniowanie rentgenowskie. Ale izolowane czarne dziury, które są małe w porównaniu do supermasywnych czarnych dziur, nie emitują w ten sposób dużej ilości promieni rentgenowskich. Po prostu nie ma wystarczającej ilości materii lub energii na dyskach akrecyjnych, aby utworzyć duże podpisy rentgenowskie. Wcześniejsze wyszukiwania IBH przy użyciu promieni rentgenowskich nie przyniosły jednoznacznych wyników.
„Te odpływy mogą być możliwe do wykrycia IBH w innych długościach fal” - napisali naukowcy, Daichi Tsuna z Uniwersytetu w Tokio i Norita Kawanaka z Uniwersytetu w Kioto. „Odpływy mogą oddziaływać z otaczającą materią i powodować silne wstrząsy bezkolizyjne na interfejsie. Wstrząsy te mogą wzmacniać pola magnetyczne i przyspieszać elektrony, a te elektrony emitują promieniowanie synchrotronowe o długości fali radiowej”.
Innymi słowy, odpływ płynący przez ośrodek międzygwiezdny powinien wprawić elektrony w ruch z prędkościami wytwarzającymi fale radiowe.
„Ciekawy artykuł” - powiedział Simon Portegies Zwart, astrofizyk z Leiden University w Holandii, który nie był zaangażowany w badania Tsuny i Kawanaki. Portegies Zwart badał również kwestię IBH, znanych również jako czarne dziury o średniej masie (IMBH).
„Byłby to świetny sposób na znalezienie IMBH” - powiedział Portegies Zwart Live Science. „Myślę, że z LOFAR takie badania powinny już być możliwe, ale wrażliwość może stanowić problem”.
IBH, jak wyjaśnił Portegies Zwart, są uważane za „brakujące ogniwo” między dwoma typami czarnych dziur, które astronomowie mogą wykryć: gwiezdne czarne dziury, które mogą być dwa do 100 razy większe od naszego Słońca, i supermasywne czarne dziury, olbrzymie bestie, które żyją w jądrach galaktyk i są setki tysięcy razy większe od naszego Słońca.
Czarne dziury o masie gwiezdnej są czasami wykrywalne w układach podwójnych z regularnymi gwiazdami, ponieważ układy podwójne mogą wytwarzać fale grawitacyjne, a gwiazdy towarzyszące mogą dostarczać paliwa dla dużych rozbłysków rentgenowskich. A supermasywne czarne dziury mają dyski akrecyjne, które emitują tyle energii, że astronomowie mogą je wykryć, a nawet sfotografować.
Ale IBH, na środku między tymi dwoma innymi typami, są znacznie trudniejsze do wykrycia. W kosmosie znajduje się garść obiektów, które astronomowie podejrzewają, że mogą to być IBH, ale wyniki te są niepewne. Jednak wcześniejsze badania, w tym artykuł z 2017 r. W czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, którego współautorem była Portegies Zwart, sugerują, że miliony z nich mogły się tam ukrywać.
Tsuna i Kawanaka napisali, że najlepsza perspektywa badania radiowego IBH prawdopodobnie wiąże się z użyciem Square Kilometer Array (SKA), wieloczęściowego radioteleskopu, który ma być budowany z odcinkami w Południowej Afryce i Australii. Jego całkowity obszar gromadzenia fal radiowych ma wynosić 1 kilometr kwadratowy (0,39 mil kwadratowych). Naukowcy szacują, że co najmniej 30 IBH emituje fale radiowe, które SKA będzie w stanie wykryć podczas pierwszej fazy weryfikacji koncepcji, która jest zaplanowana na 2020 r. W dalszej części, jak napisali, pełna SKA (zaplanowana na połowa 2020 roku) powinna być w stanie wykryć do 700.
Jak napisali, SKA powinien nie tylko wykryć fale radiowe z tych IBH, ale także precyzyjnie oszacować odległość do wielu z nich. Kiedy nadejdzie ten czas, wszystkie te brakujące czarne dziury powinny zacząć wychodzić z ukrycia.
