Wiele mniejszych czarnych dziur w centrum Drogi Mlecznej

Astrofizycy odkryli 12 układów podwójnych z małomasywnymi czarnymi dziurami, które krążą wokół radioźródła Sgr A* w centrum naszej Drogi Mlecznej. Ich istnienie sugeruje, że tych mniejszych czarnych dziur może być tam znacznie więcej - nawet 10 000!

Naukowcy z Columbia University jako pierwsi w historii zdołali jednoznacznie zidentyfikować kilkanaście czarnych dziur krążących wokół centrum naszej Galaktyki, odpowiadającemu lokalizacji zwartego radioźródła znanego już od lat jako Sagittarius A* (Sgr A*) i samego w sobie zawierającego galaktyczną, supermasywną czarną dziurę (ang. SMBH). To ciekawe odkrycie, które zdaje się obiecywać nowe możliwości w zakresie lepszego zrozumienia Wszechświata.

Tak naprawdę nie wiemy dziś zbyt wiele o tym, w jaki sposób wielkie i masywne czarne dziury wchodzą w interakcje z małymi czarnymi dziurami. Jak więc możemy się tego dowiedzieć? Badając Drogę Mleczną. Jest ona tak naprawdę jedyną galaktyką, w której możemy to w miarę bezpośrednio zaobserwować. Przy obecnych możliwościach technicznych nie jesteśmy po prostu w stanie zobaczyć takich oddziaływań w innych galaktykach.

Przez ponad dwie dekady naukowcy bezskutecznie poszukiwali dowodów potwierdzających teorię, że tysiące czarnych dziur mogą otaczają supermasywne czarne dziury rezydujące w centrach dużych galaktyk. Radioźródło Sgr A* jest otaczane przez halo z gazu i pyłu, które stanowią doskonałą pożywkę dla rodzących się, masywnych gwiazd. Największe z nich żyją tam, tam też umierają i, jeśli mają naprawdę duże masy początkowe, mogą ostatecznie zamienić się w czarne dziury. Dodatkowo czarne dziury spoza tego halo mogą znajdywać się na tyle blisko supermasywnej czarnej dziury w centrum Galaktyki, że podlegają jej silnym wpływom i w efekcie tracą swą energię, po czym opadają bliżej ku centrum i zostają również uwięzione w halo.

Choć większość tych uwięzionych czarnych dziur pozostaje zdaniem astronomów samotna, niektóre z nich przechwytują pobliskie gwiazdy i wiążą się z nimi w układy podwójne. Naukowcy są przekonani, że w galaktycznym centrum gęstość zarówno izolowanych, jak i będących składnikami takich układów dziur jest bardzo wyraźna - tym większa, im bliżej samego jego środka, czyli centralnej czarnej dziury. Poprzednie, nieudane próby znalezienia takiego maksimum gęstości skupiały się na poszukiwaniu jasnego rozbłysku promieniowania rentgenowskiego, który pojawia się, gdy czarne dziury łączą się z towarzyszącymi im gwiazdami. Jednak centrum Galaktyki leży na tyle daleko od nas, że te wybuchy są efektywnie bardzo rzadko na tyle jasne, byśmy byli w stanie je zaobserwować.

Zespół z Uniwersytetu w Columbii przyjął więc inną taktykę - poszukiwał słabszej, ale bardziej stabilnej w czasie emisji rentgenowskiej wypromieniowywanej już po początkowym wiązaniu się układów podwójnych złożonych z czarnej dziury i gwiazdy. Zwróćmy uwagę na to, że nie szukano samotnych czarnych dziur. Odizolowane czarne dziury są po prostu ...czarne. Gdy są do tego niewielkie, bardzo trudno jest je wykryć. Ale gdy podobne obiekty łączą się z gwiazdą, ma miejsce emisja promieniowania rentgenowskiego, które jest już dość łatwo wykrywalne.

Naukowcy zajrzeli do danych archiwalnych z Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra, aby przetestować tę nowo opracowaną technikę. Poszukiwali śladów emisji rentgenowskiej typowej dla układów podwójnych z czarną dziurą o niskiej masie, będących w tak zwanycm w stanie nieaktywnym. W promieniu trzech lat świetlnych od Sgr A* znaleźli ich jak dotąd dwanaście. Przeanalizowali następnie właściwości i rozmieszczenie przestrzenne zidentyfikowanych układów, a na ich podstawie zdołali ocenić, że w samym centrum naszej Galaktyki może znadować się nawet 300 do 500 czarnych dziur będących składnikami układów podwójnych, a także około 10 000 czarnych dziur ewoluujących samotnie.

Wnioski te mają też ważne implikacje dla dalszych badań fal grawitacyjnych - znajomość nawet tylko szacunkowej liczby czarnych dziur w centrum typowej galaktyki może nam pomóc w lepszym przewidywaniu, ilu zdarzeń związanych z emisją tych fal należy oczekiwać.

 

Czytaj więcej:


Źródło: Columbia University/Nature

Obrazek: małe, galaktyczne czarne dziury w halo Drogi Mlecznej - wizja artystyczna. Źródło: Columbia University