Obraz centralnego regionu galaktyki gwiazdowej M82. Źródło zdjęcia: NASA Kliknij, aby powiększyć
Naukowcy korzystający z Rossi X-ray Timing Explorer NASA znaleźli skazaną gwiazdę krążącą wokół czegoś, co wydaje się być średnią czarną dziurą? teoretycznie „pośrednia” kategoria czarnej dziury, która wymyka się potwierdzeniu i sfrustrowała naukowców od ponad dekady.
Wraz z odkryciem gwiazdy i jej okresu orbitalnego naukowcy są teraz o krok od pomiaru masy takiej czarnej dziury, co pomogłoby zweryfikować jej istnienie. Okres i lokalizacja gwiazdy wpisują się już w główną teorię powstawania czarnych dziur.
Zespół kierowany przez prof. Philip Kaaret z University of Iowa, Iowa City, ogłosił dziś te wyniki w Science Express. Wyniki pojawią się również w numerze Science z 27 stycznia.
„Złapaliśmy tę skądinąd zwykłą gwiazdę na wyjątkowym etapie jej ewolucji, pod koniec jej życia, kiedy rozdęła się w fazę czerwonego olbrzyma”, powiedziała Kaaret. „W rezultacie gaz z gwiazdy rozlewa się do czarnej dziury, powodując rozjaśnienie całego regionu. To dobrze zbadany obszar nieba i zauważyliśmy gwiazdkę z odrobiną szczęścia i wytrwałości. ”
Czarna dziura to obiekt tak gęsty i o sile grawitacji tak intensywnej, że nic, nawet światło, nie może uciec przed przyciągnięciem raz w jej granicach. Obszar czarnej dziury staje się widoczny, gdy materia spada w jego kierunku i nagrzewa się do wysokich temperatur. To światło jest emitowane zanim materia przekroczy granicę, zwaną horyzontem zdarzeń.
Nasza galaktyka jest wypełniona milionami czarnych dziur o masie gwiazdowej, każda o masie kilku słońc. Powstają one w wyniku rozpadu bardzo masywnych gwiazd. Większość galaktyk posiada supermasywną czarną dziurę, zawierającą masę od milionów do miliardów słońc ograniczoną do obszaru nie większego niż nasz układ słoneczny. Naukowcy nie wiedzą, jak się one formują, ale prawdopodobnie pociąga to za sobą zawalenie się ogromnych ilości pierwotnego gazu.
„W ciągu ostatniej dekady kilka satelitów znalazło dowody na istnienie nowej klasy czarnych dziur, które mogą mieć od 100 do 10 000 mas Słońca”, powiedział dr Jean Swank, naukowiec projektu Rossi Explorer w NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt , Md. „Dyskutowano o masach i sposobie powstawania tych czarnych dziur. Rossi zapewnił nowy, znaczący wgląd. ”
Te podejrzane czarne dziury o średniej masie są nazywane ultrafioletowymi obiektami rentgenowskimi, ponieważ są jasnymi źródłami promieniowania rentgenowskiego. W rzeczywistości większość tych szacunków masy czarnej dziury opiera się wyłącznie na obliczeniach dotyczących siły przyciągania grawitacyjnego potrzebnej do wytworzenia światła o danej intensywności.
Grupa Kaaret na University of Iowa, w skład której wchodzą profesor Cornelia Lang i Melanie Simet, studentka, dokonała pomiaru, którego można użyć w równaniu do bezpośredniego obliczenia masy. Korzystając z prostej fizyki newtonowskiej, naukowcy mogą obliczyć masę obiektu, gdy znają okres orbity i prędkość mniejszych obiektów wirujących wokół niego.
„Odkryliśmy wzrost i spadek światła rentgenowskiego co 62 dni, prawdopodobnie spowodowane przez orbitę gwiazdy towarzyszącej wokół czarnej dziury”, powiedział Simet. Szybkość będzie jednak trudna do ustalenia, ponieważ gwiazda znajduje się w tak zakrytym pyłem obszarze. Utrudnia to teleskopom optycznym i podczerwonym obserwowanie gwiazdy i wykonywanie obliczeń prędkości. Jednak na razie znajomość okresu orbitalnego jest bardzo odkrywcza.
Podejrzewana czarna dziura o średniej masie, znana jako M82 X-1, jest dobrze zbadanym ultrafioletowym obiektem rentgenowskim w pobliskiej gromadzie gwiazd zawierającej około miliona gwiazd upakowanych w obszarze o średnicy około 100 lat świetlnych. Wiodąca teoria sugeruje, że wiele zderzeń gwiazd w krótkim okresie w zatłoczonym regionie stworzy krótkotrwałą gigantyczną gwiazdę, która zapadnie się w czarną dziurę o masie 1000 mas Słońca. Gromada w pobliżu M82 X-1 ma wystarczająco wysoką gęstość, aby utworzyć taką czarną dziurę. Żaden normalny towarzysz nie byłby w stanie zapewnić wystarczającej ilości paliwa, aby M82 X-1 świecił tak jasno. Ale 62-dniowy okres orbity oznacza, że towarzysz musi mieć bardzo małą gęstość. To pasuje do scenariusza, w którym nadęta supergiganta traci masę w tempie wystarczająco wysokim, by zatankować M82 X-1.
„Dzięki odkryciu okresu orbitalnego mamy teraz spójny obraz całej ewolucji binarnej czarnej dziury o średniej masie”, powiedział Kaaret. „Powstał w gromadzie gwiazd„ super ”; czarna dziura schwytała następnie gwiazdę towarzyszącą; gwiazda towarzysząca przekształciła się w gigantyczną scenę; i teraz widzimy to jako wyjątkowo świecące źródło promieniowania rentgenowskiego, ponieważ gwiazda towarzysząca rozszerzyła się i zasila czarną dziurę. ”
Oryginalne źródło: NASA News Release
