Badanie kilkudziesięciu galaktyk w promieniu kilku miliardów lat świetlnych od naszego własnego ujawniło kilka czarnych dziur, które wielokrotnie przekraczały nasze oczekiwania co do ich rozmiarów. Najnowsze badania nie tylko pomagają nam lepiej zrozumieć ewolucję tych tajemniczych obiektów astrofizycznych, ale także otwierają przed nami nowe interesujące pytania. Na przykład, w jaki sposób czarne dziury stają się tak niewiarygodnie masywne?
Czarnych dziur, które są wynikiem zapadnięcia się gwiazdy, nie trzeba przedstawiać. Słyszeliśmy, że powodują zakłócenia w czasoprzestrzeni, obserwowaliśmy ich „odbijanie”, a nawet, być może pierwszy raz w historii, w tym roku będziemy mogli zobaczyć na własne oczy jednego z nich. Naukowcy są bardzo zainteresowani czarnymi dziurami i jest ku temu bardzo zrozumiały powód.
„Co to są galaktyki? Są to „cegły”, które składają się na ogólny obraz Wszechświata. Aby zrozumieć, w jaki sposób powstają i ewoluują, musimy najpierw zrozumieć, jak działają czarne dziury”- mówi fizyk Julia Hlavacek-Larrondo z Uniwersytetu w Montrealu w Kanadzie.
Nie żeby czarne dziury same w sobie upraszczały tę pracę - bardzo trudno jest zrozumieć, czego (jak nam się wydaje) nie można zobaczyć bezpośrednio. Dlatego astrofizycy szukają innych wskazówek, które pozwoliłyby im sięgnąć głębiej. Jednym z kierunków jest poszukiwanie związku między masami czarnych dziur a galaktykami, w których się znajdują. Gdybyśmy mieli prosty sposób na porównanie wielkości galaktyk z czarnymi dziurami w ich centrach, to zdaniem naukowców zaoszczędziłoby to nam dużo czasu i wysiłku na zbadanie zarówno tej pierwszej, jak i drugiej.
Dlatego Hlavacek-Larrondo, łącząc siły z innymi naukowcami z Kanady, Hiszpanii i Wielkiej Brytanii, przeprowadził badanie 72 galaktyk znajdujących się w promieniu 3,5 miliarda lat świetlnych od nas, mając nadzieję na opracowanie jakiejś ogólnej formuły, która mogłaby uprościć określanie masy. czarne dziury w centrach galaktyk. Naukowcy podzielili się swoimi obserwacjami w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Aby oszacować rozmiar samych czarnych dziur, zespół przeanalizował widmo promieniowania rentgenowskiego uciekającego ze strumieni wirów gorącego gazu z dysków akrecyjnych czarnych dziur, a następnie porównał te liczby z ogólną jasnością otaczającej galaktyki.
Zgodnie z dość popularną hipotezą, im większa jest sama galaktyka, tym większa może być sama czarna dziura, znajdująca się w jej centrum - ale w praktyce wszystko okazało się nie tak proste, jak oczekiwano.
„Okazało się, że czarne dziury mogą być znacznie większe niż szacunkowe rozmiary ustawowe” - skomentował główny autor badań, Mar Mezqua z Instytutu Nauk o Kosmosie w Hiszpanii.
Film promocyjny:
Zamiast oczekiwanej korelacji masy i rozmiaru z ich galaktykami, wiele czarnych dziur wykazało znacznie szybszy wzrost i przyrost masy niż reszta przestrzeni wokół nich. Okazało się, że około 40 procent badanych czarnych dziur ma masę 10 miliardów lub więcej mas Słońca. Tutaj jednak należy wyjaśnić, że nie zarejestrowano żadnych zapisów masy, a prymat nadal należy do czarnej dziury w galaktyce NGC 4889, której masa odpowiada 21 miliardom mas Słońca. Ponadto istnieją podejrzenia, że galaktyka S5 0014 + 81, oddalona o 12,1 miliarda lat świetlnych, zawiera prawdziwego potwora o masie około 40 miliardów Słońc. Niemniej jednak tak duża liczba supermasywnych czarnych dziur sprawiła, że naukowcy zaczęli się zastanawiać, jak takie się stają.
Badacze mają dwie teorie: albo te czarne dziury początkowo wydawały się bardzo duże, a następnie dosłownie wciągały większość otaczającej je materii galaktyki, albo istnieją poważne luki w naszej wiedzy na temat tego, jak galaktyki wytwarzają czarne dziury.
„Czy są tak duże, ponieważ od razu się tak pojawiły, czy też pomogły im idealne warunki, które pozwoliły im bardzo szybko rosnąć przez kilka miliardów lat? W tej chwili nie możemy odpowiedzieć na to pytanie”- mówi Mezqua.
Jednak odpowiedź na to pytanie może być zawarta w innym badaniu opublikowanym w największej internetowej bibliotece prac naukowych arXiv.org i oczekującym na weryfikację. W jej trakcie naukowcy zbadali ponad 30000 galaktyk znajdujących się w promieniu 12,2 miliarda lat świetlnych i odkryli, że stosunek tempa wzrostu czarnych dziur do tempa wzrostu gwiazd przyspieszał wraz ze wzrostem samych galaktyk, w których znajdowały się badane obiekty. Innymi słowy, w galaktykach z dużą liczbą gwiazd czarne dziury zawsze były „żarłoczne”.
Bardziej uogólniającym wnioskiem z tych badań jest to, że rzeczywiście istnieje związek między formowaniem się gwiazd a czarnymi dziurami i jest to bardzo zagmatwane. Oczywiście potrzeba więcej niż kilkunastu badań, aby lepiej to zrozumieć. Ale jedno już staje się jasne - bez tych gigantów nasz Wszechświat wyglądałby zupełnie inaczej.
Nikolay Khizhnyak