Czarne dziury średniej wielkości naprawdę istnieją. Taki wniosek płynie z ostatnich obserwacji Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Jednak aby je znaleźć, uczeni powinni zajrzeć w miejscach, których dotąd o posiadanie tych tajemniczych obiektów nie podejrzewano.

Dotąd nie obserwowane czarne dziury dostarczają ważnej informacji, która rzuca nowe światło na problem wzrostu tych obiektów. Co jest zaskakujące, nowe czarne dziury znaleziono w jądrach “rojów” gwiazdowych, zwanych gromadami kulistymi i okrążających Drogę Mleczną oraz inne galaktyki.

Nowe odkrycia pozwolą prawdopodobnie na lepsze zrozumienie w jaki sposób wiele miliardów lat temu powstały galaktyki i gromady kuliste. Gromady kuliste składają się z najstarszych gwiazd we Wszechświecie. Jeśli obecnie zawierają one czarne dziury, można przypuszczać, że zawierały je już wtedy, gdy powstawały. Nowe odkrycia pokazują, że bardzo spokojne i stare środowiska gromad kulistych zamieszkiwanie są przez te egzotyczne obiekty (natomiast w jądrach wielu galaktyk zachodzą gwałtowne procesy).

Artystyczna wizja przedstawiająca niewidoczną czarną dziurę znajdują się w centrum gromady kulistej.

Nowe odkrycia mogą nam wiele powiedzieć o powstawaniu gromad kulistych i czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie” – powiedział Roeland Van Der Marel ze Space Telescope Science Institute w Baltimore. “Czarne dziury są we Wszechświecie obiektami występującymi powszechniej niż dotąd przypuszczaliśmy“.

Nowe dane to nie tylko nowa wiedza o powstawaniu czarnych dziur, ale także możliwość połączania gromad kulistych z galaktykami i nowe informacje na temat jednego z najważniejszych nierozwiązanych dotąd problemów we współczesnej astronomii: W jaki sposób formują się we Wszechświecie struktury galaktyczne” – dodał Michael Rich z University of California w Los Angeles.

Stwierdzono przy okazji fakt, że masa czarnej dziury jest proporcjonalna do masy środowiska gwiezdnego przez nią zamieszkiwanego. Supermasywane czarne dziury znajdywane przez HST w centrach galaktyk mają masy rzędu pół procent masy całej galaktyki. Zależność ta jest spełniana również przez masy czarnych dziur znalezionych w gromadach kulistych o masach około 10 tysięcy razy mniejszych niż masy galaktyk. Wygląda na to, że istnieje jakiś niezbadany dotąd proces wiążący czarne dziury z ich domami.

Wykres przedstawiający zależność masy czarnej dziury od masy układu gwiazdowego, w którym się znajduje. Uwaga! Angielskie słowo “billion” oznacza polski “miliard” (jedynka z dziewięcioma zerami).

Średniomasywne czarne dziury znalezione przez HST mogą być klockami, z których powstały supermasywne obiekty zamieszkujące jądra większości galaktyk” – powiedział Karl Gebhardt z University of Texas w Austin.

Van Der Marel kieruje grupą, która odkryła czarną dziurę w centrum gromady kulistej M15 odległej o 32 tysiące lat świetlnych i znajdującej się w gwiazdozbiorze Pegaza. Jego współpracownik, Joris Gerssen również z Space Telescope Science Institute, ustalił, że ma ona masę około 4000 tysięcy mas Słońca.

Inny program badawczy, w którego skład wchodzą Rich, Gebhardt i Luis Ho z Carnegie Institution z Waszyngtonu, odkrył czarną dziurę o masie 20 tysięcy mas słonecznych w gromadzie G1 okrążającej odległą o 2,2 miliona lat świetlnych Galaktykę w Andromedzie. Dla porównania – masy “zwykłych”, gwiazdowych czarnych dziur to kilka mas naszej gwiazdy, a masy obiektów w centrach galaktyk mogą dochodzić do milionów lub nawet miliardów mas słonecznych.

Względne położenie obiegającej Drogę Mleczną gromady M15 i znajdującej się w galaktyce M31 gromady G1.

Wcześniejsze obserwacje rentgenowskie satelitów ROSAT i Chandra doprowadziły do zaobserwowania bardzo jasnych źródeł promieniowania X, które mogą być interpretowane jako średniomasywne czarne dziury w galaktykach, w których wciąż powstają gwiazdy. Istnieje jednak alternatywne wyjaśnienie natury tych źródeł. Obserwacje HST są mniej niejednoznaczne. Opierają się na pomiarach prędkości orbitowania gwiazd wokół jąder gromad, a te w prosty sposób prowadzą do określenia masy czarnej dziury.

Gromada M15 znajduje się na tyle blisko, że możliwy jest pomiar prędkości pojedynczych gwiazd natomiast bserwacje G1 opierają się jedynie na wspólnych własnościach wielu gwiazd.

Istnienie czarnej dziury w centrum gromady kulistej można stwierdzić badając prędkości gwiazd ją obiegających.

Astronomowie poszukiwali czarnych dziur w gromadach kulistych przez 30 lat. Problemem był fakt, że naziemne teleskopy nie są w stanie rozróżnić gwiazd znajdujących się bardzo blisko ewentualnej czarnej dziury. Stało się to dopiero możliwe po zastosowaniu rozdzielczości Kosmicznego Teleskopu Hubble’a.

Autor

Michał Matraszek