Uczeni z NASA badający średnio masywne czarnych dziur odkryli fakty, które wskazują, że te nowo odkryte obiekty w zasadniczy sposób różnią od innych typów czarnych dziur. Mają od nich wyższą temperaturę.

Obserwacje, dzięki którym udało się te obiekty zidentyfikować jako nową klasę czarnych dziur mają jeszcze jedną zaskakującą cechę: zdają się wskazywać na wsysanie otaczającej czarne dziury materii w inny sposób niż czynią to ich mniejsze i większe kuzynki.

Tod Strohmayer i Richard Mushotzky z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt zaprezentowali swoje odkrycia na konferencji prasowej na spotkaniu Wydziału Astrofizyki Wysokich Energii Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego (High Energy Astrophysics Division of the American Astronomical Society). Obserwacje zostały wykonane za pomocą europejskiego satelity XMM-Newton i zbudowanego przez NASA Rossi X-ray Timing Explorer.

Przez wiele lat starannie składaliśmy układankę dotyczącą czarnych dziur” – powiedział Strohmayer. “Mamy teraz nowe klocki, niektóre z nich wyglądają na znajome, inne nie. Może z tego wyłonić się obrazek, w którym średnio masywne czarne dziury będą zupełnie odrębnymi bestiami“.

Czarne dziury to obiekty o tak silnym polu grawitacyjnym, że nic, nawet światło, nie jest w stanie pokonać ich oddziaływania. Mimo, że same czarne dziury są niewidoczne, obszar je otaczający świeci jasno, gdy czarna dziura pożera otaczającą ją materię.

Gwiezdne czarne dziury to pozostałości po masywnych gwiazdach, których jądra zapadły się. Mają masy poniżej 10 mas słonecznych. Super masywne czarne dziury mają masy milionów lub miliardów mas Słońca zamknięte w obszarze porównywalnym z rozmiarami Układu Słonecznego. Uczeni podejrzewają, że średnio masywne czarne dziury powinny mieć masy w zakresie od 500 do 10000 mas naszej gwiazdy. Gwiezdne i super masywne czarne dziury mają podobne własności, różniąc się jedynie skalą, w której one zachodzą. Według Strohmayera średnio masywne kuzynki wyłamują się z tych zasad.

Uczeni nazywają średnio masywne czarne dziury ultra-jasnymi źródłami promieniowania X (ultra-luminous X-ray sources, ULXs). Wysyłają bardzo wiele promieniowania X, mogą być jednak mniejszymi czarnymi dziurami jeśli większość energii (i światła) jest wysyłana w wąskich wiązkach tak jak czynią to reflektory samochodów. Mogą przez to wydawać się jaśniejsze (i masywniejsze) niż są naprawdę.

Obserwacje Strohmayera i Mushotzky’ego wykluczyły model z wiązkami dla jednego z tych obiektów obserwowanych w galaktyce M82. Odkryli oni, że obiekt ten wykazuje rodzaj mrugania (w promieniowaniu X) nazywanego kwaziperiodycznymi oscylacjami (QPO). Oscylacje pochodzą prawdopodobnie od gazu krążącego wokół gwiazdy po ciasnych orbitach w dyskach akrecyjnych. Jest nieprawdopodobne, żeby światło pochodzące od całego dysku akrecyjnego mogło być wysyłane w postaci wiązki, stwierdził Strohmayer.

Uczeni odkryli też pierwszą “szeroką linie żelaza” w widmie ULX. Odpowiada ona promieniowaniu X atomów żelaza rozciągniętemu w kierunku dłuższych fal na skutek efektów silnego przyciągania grawitacyjnego czarnej dziury (mówi o tym ogólna teoria względności Einsteina). Obserwacje linii w obiekcie w M82 wskazują, że musi mieć on masę przynajmniej 50 razy większą niż masy gwiazdowych czarnych dziur.

Uczeni nie potrafią jednak wyjaśnić dlaczego dysk akrecyjny ULX jest tak gorący. Teoria przewiduje, że małe czarne dziury mają gorętsze dyski, w szczególności w swoich wewnętrznych częściach, a to dlatego że materia krąży tam bliżej i szybciej niż w przypadku super masywnego obiektu. Dane z XMM-Newton pokazują, że obserwowany obiekt ma dysk akrecyjny gorętszy niż obserwowany w gwiezdnych czarnych dziurach.

W tych obiektach może dziać się coś egzotycznego, coś co podnosi ich temperaturę” – powiedział Strohmayer. “Natura tych obiektów to jedna z największych zagadek w astrofizyce wysokich energii“.

Autor

Michał Matraszek