Chandra – obserwatorium promieni X należące do NASA znalazło nowe populacje średniomasywnych czarnych dziur w kilku galaktykach gwiazdotwórczych, gdzie gwiazdy formują się i eksplodują w niezwykle wysokim tempie. Chociaż kilka z takich obiektów zostało wykrytych już wcześniej, to po raz pierwszy znaleziono je w tak dużej ilości. Mogą one pomóc wytłumaczyć ich związek z formowaniem się gwiazd i produkcją jeszcze bardziej masywnych czarnych dziur.

Na spotkaniu American Astronomical Society (Amerykańskie Stowarzyszenie Astronomiczne) w Pasadenie (stan Kalifornia) trzy niezależne zespoły naukowców poinformowały o znalezieniu dziesiątek źródeł promieni X w galaktykach związanych z formowaniem się gwiazd. Te obiekty są dziesięć do tysiąca razy jaśniejsze (w promieniach X) niż podobne źródła znalezione w naszej Drodze Mlecznej i galaktyce M81.

Astronomowie wciąż nie mogą się zdecydować jak nazywać te, tak niedawno odkryte obiekty. Coraz silniejsze jest jednak wśród nich przekonanie o tym, że zadziwiająca nowa klasa źródeł promieniowania rentgenowskiego reprezentuje czarne dziury o średnich masach – obiekty zbyt ciężkie jak na grawitacyjnie zapadnięte gwiazdy i zbyt lekkie jak na jądra galaktyk.

Te Obiekty o pośredniej jasności w zakresie promieniowania rentgenowskiego nazwywane w skrócie IXO (od ang. Intermediate-luminosity X-ray Objects), zidentyfikowano po raz pierwszy dwa lata temu analizujc dane przesłane przez niemieckiego satelitę Rosat. Według współodkrywcy tych obiektów Edwarda Colberta z Johns Hopkins University, są one zbyt jasne aby mogły być normalnymi, rentgenowskimi gwiazdami podwójnymi mogącymi wybuchać tylko wtedy jeśli produkują zbyt dużo energii. Ich położenie o setki lat świetlnych od centrów ich macierzystych galaktyk wyklucza również, że mogą to być supermasywne czarne dziury (gdyby tak było to jądra galaktyk mogłyby zostać przyciągnięte wprost na te obiekty). Tak więc, najlepszym jak dotychczas wytłumaczeniem jest przyjęcie, że są to średnio-masywne czarne dziury o masach od dziesięcio- do tysięcy razy przewyższających masę Słońca. Tajemnicą jest jednak nadal to jak takie obiekty powstają.

Chandra daje nam możliwość badania populacji indywidualnych jasnych źródeł fal X w niedalekich galaktykach z niesamowitą dokładnością – powiedział Andreas Zezas, główny autor z zespołu Harvard-Smithsonian Center of Astrophysics, który obserwował zderzające się galaktyki Ateny (Antennae – NGC 4038/4039) w gwiazdozbiorze Kruka (Corvus) i M82 – dobrze znaną galaktykę gwiazdotwórczą. To pozwala nam na weryfikację wcześniejszych odkryć tych obiektów i lepsze zrozumienie ich związku z galaktykami gwiazdotwórczymi.

Kimberley Weaver z NASA’s Goddard Space Flight Center (Centrum Lotów Kosmicznych NASA Goddard) w Greenbelt, główny naukowiec zespołu, który badał galaktykę gwiazdotwórczą NGC 253, omawiała wagę niezwykłej koncentracji tych bardzo jasnych źródeł fal X w pobliżu centrum tej galaktyki. Cztery źródła znajdują się 3 000 lat świetlnych od centrum galaktyki. Zobacz osobne zdjęcie

To może świadczyć, że te czarne dziury są przyciągane w stronę centrum galaktyki, gdzie mogłyby się złączyć i uformować jedną supermasywną czarną dziurę – sugerowała Weaver. Może być tak, że ta galaktyka przekształca się w kwazaro-podobną na naszych oczach. W NGC 253 Chandra być może znalazł powiązanie między aktywnością gwiazdotwórczą, a kwazarami.

Chandra odkrył różnorodność i relatywnie duży stosunek wysoko- do niskoenergetycznych fal X – dwie charakterystyczne cechy przegrzanego gazu wpadającego do czarnych dziur. W połączeniu z ogromną jasnością mówi to astronomom, że część tych obiektów musi mieć masy wiele razy większe niż zwykłe gwiazdowe czarne dziury, jeśli wypromieniowują energię tak samo we wszystkich kierunkach.

Obiekty IXO mogą jednak być czymś zupełnie innym niż średnio-masywne czarne dziury. Andrew King z University of Leicester w Anglii udowadnia, że jeśli obiekt emituje promieniowanie rentgenowskie wąskim strumieniem skierowanym akurat w naszą stronę, to nasze oszacowania całej energii jaką ten obiekt emituje opierają się na fałszywym założeniu takiej samej emisji we wszystkich kierunkach. Taka możliwość faktycznie istnieje odpowiada Giuseppina Fabbiano z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Promienie X z tak jasnych źródeł są wysyłane w naszą stronę – być może przez komin wpadającej materii. To sugerowałoby, że masa czarnej dziury jest tylko dziesięć razy większa od masy Słońca, podobnie jak znanych źródeł przy czarnych dziurach w naszej galaktyce. W tym przypadku reprezentowałyby krótkotrwałe, ale powszechne stadium ewolucji czarnych dziur w pobliskich podwójnych systemach gwiezdnych. Żeby to rozstrzygnąć trzeba przeprowadzić szersze i bardziej dokładne obserwacje nieba – mówi. Strumienie emisji rozwiązują problem zgadza się Richard Mushotzky z NASA/Goddard, jeden z współodkrywców obiektów IXO. Teraz jednak jeszcze nie wiem czy to jest rzeczywiście możliwe. To całkiem nowy obszar badań.

Scenariusze formowania się takich średniomasywnych czarnych dziur to np. bezpośredni kolaps jednej masywnej chmury gazu w czarną dziurę lub połączenie gromady gwiezdnych czarnych dziur. Nie istnieje jednak żaden powszechnie akceptowany model.

Andrew Ptak poprowadził zespół z uniwersytetu Carnegie-Mellon w Pittsburgu i uniwersytetu Penn State, który używał danych z Chandry do sprawdzenia 37 galaktyk. Zespół Ptaka odkrył, że 25 procent galaktyk, które zostały wybrane z powodu podejrzeń o posiadanie supermasywnych czarnych dziur i obszarów formowania się gwiazd, miało te bardzo jasne źródła promieniowania X. Zespół planuje rozszerzyć poszukiwania, żeby określić prawdopodobieństwo znalezienia tych źródeł w innych typach galaktyk.

Centrum Lotów Kosmicznych Marshall NASA w Huntsville zarządza programem Chandra dla Office of Space Science (Biura Nauki o Kosmosie) w Waszyngtonie. Redondo Beach, w Kalifornii jest głównym kontrahentem dla sondy kosmicznej. Smithsonian Chandra X-ray Center kontroluje operacje naukowe i loty z Cambridge.

Autor

Andrzej Nowojewski