Nowe badania, finansowane przez Royal Netherlands Academy of Sciences, Institute of Advanced Physical and Chemical Research, NASA i Uniwersytet w Tokio, pozwoliły rozwiązać jak czarna dziura, o masie kilkaset razy większej niż nasze Słońce, mogła się uformować w okolicznej galaktyce M82.

Ostatnie obserwacje teleskopem Chandra wskazują na obecności niezwykle jasnego źródła w gromadzie gwiazd MGG11 w galaktyce M82. Właściwości tego żródła promieniowania X najlepiej da się wytłumaczyć przyjmując, że znajduje się tam czarna dziura o masie około tysiąca razy większej niż nasze Słońce. Tak określona masa umiejscawia tą czarną dziurę pomiędzy stosunkowo mało masywnymi czarnymi dziurami z naszej Drogi Mlecznej i supermasywnymi czarnymi dziurami znajdującymi się w centrach galaktyk. Dla porównania – gwiezdne czarne dziury są tylko kilka razy masywniejsze od Słońca, podczas gdy czarna dziura w centrum Naszej Galaktyki ma masę około kilku milionów mas Słońca.

To zdjęcie, wykonane przez kosmiczny teleskop Hubble’a, przedstawia galaktykę M82. Gwałtowne procesy gwiazdotwórcze zachodzące w jej wnętrzu nadają jej specyficzną, rozproszoną formę. Procesy te są wynikiem bliekiego spotkania z jej sąsiadem, galaktyką M81. Mniejsze zdjęcie w lewym-górnym rogu zostało wykonane w grudniu 1994 roku przez Kitt Peak National Observatory za pomocą 0,9-metrowego teleskopu.

Międzynarodowa grupa naukowców, używając najszybszego na świecie komputera, GRAPE-6 w Japonii, przeprowadziła serię symulacji gromad gwiazd, które przypominają MGG11. Zaprojektowali symulacje używając 2 niezależnych programów (Starlab i NBODY4). Rezultaty w obu przypadkach były takie same. Przeprowadzenie symulacji zostało poprzedzone obserwacjami MGG11 w wysokiej rozdzielczości przy pomocy teleskopu McCrady, HST, Keck i Subaru.

Precyzyjna symulacja, wykonana gwiazda po gwieździe przez GRAPE'a, to krok przełomowy w modelowaniu gromad. Po raz pierwszy naukowcy użyli GRAPE'a do zaprojektowania ewolucji młodych i gęstych gromad gwiazd o liczebności ponad 600 tysięcy gwiazd. Obliczali oni trajektorie orbit i ewolucję każdej gwiazdy z osobna. Grupa naukowców wpadła na pomysł, aby przy użyciu tego niecodziennego narzędzia odtworzyć zaobserwowane cechy charakterystyczne gromady gwiazd MGG11. Dzięki temu udało odkryć się, że w gromadzie występuje czarna dziura o masie szacowanej od 800 do 3000 mas Słońca. Ta czarna dziura ma około 4 milionów lat, a więc powstała we wczesnym okresie ewolucji gromady. Okres ten charakteryzuje się niezwykłą gęstością w centrum gromady, która powodowała iż do kolizji gwiazd dochodziło dosyć często. Jeśli gęstość danej gromady gwiazd jest milion razy większa niż gęstość w sąsiedztwie Słońca, zderzenia zaczynają dominować nad dalszą ewolucją gromady.

W tym przesyconym centrum gromady, gwiazdy doświadczają coraz częstszych kolizji. To z kolei prowadzi do powstawania jednej masywnej gwiazdy. Po zużyciu swojego paliwa taka supergwiazda zapadnie się, tworząc czarną dziurę o masie 1000 mas Słońca.

Nowe wyniki precyzyjnych symulacji pokazują, że w gromadzie gwiazd MGG11, charakteryzującej się niecodziennym źródłem promieniowania X, taka czarna dziura o masie od 800 do 3000 mas Słońca może się uformować w krótkim czasie. Obliczenia dokonane przy użyciu GRAPE'a dostarczają nam silnych dowodów na sposób, w jaki powstają czarne dziury o średniej masie i jednocześnie wyjaśniają pochodzenie silnego źródła promieniowania X zaobserwowanego w gromadzie MGG11.

Autor

Zbigniew Artemiuk