[Cytadela] Luka w klasyfikacji dziur

Adam_Jesion(BOT) · 7 Lipca 2009

Czarne dziury to prawdziwe perełki dla wszystkich zajmujących się pisaniem o astronomii – nie dość, że cieszą się sporym zainteresowaniem astronomów, serwujących w zamian relatywnie często nowe rewelacje na ich temat, to sama wzmianka o tajemniczych i przerażających obiektach potrafi czasem przyciągnąć do tematu osobników, którym na co dzień nie całkiem po drodze z kosmicznymi zagadnieniami. Krótko mówiąc – czarne dziury to złote kury dla popularyzatorów astronomii.

Mimo jednak ogromnego zainteresowania czarnymi dziurami ze strony naukowców i niezliczonych prac badawczych, zgłębiających tajniki tych kosmicznych potworów, nasza wiedza na ich temat ciągle jest ograniczona i daleko jej do kompletności. Jedną z najpilniejszych zagadek, czekających na rozwiązanie, jest kwestia ziejącej pustką luki w klasyfikacji czarnych dziur – luki, która być może obecnie została w końcu zapełniona.

Ponieważ jakiś czas już nie pisałem o czarnych dziurach (dla zainteresowanych polecam jednak w szczególności moje wpisy tutaj, tutaj i jeszcze tutaj), warto jak sądzę krótko przypomnieć w czym w ogóle jest problem. Czarne dziury jako takie powstają w zasadzie wtedy, gdy bardzo masywna gwiazda kończy swoje niezbyt długie (w porównaniu chociażby ze Słońcem, które jest względnie małą gwiazdą) życie i postanawia wyzionąć ducha – ze względu na jej olbrzymią masę nie odbywa się to zbyt spokojnie – prawa fizyki prowadzą do grawitacyjnej zapaści wypalonego obiektu, która nie może zostać już nijak powstrzymana – powstaje czarna dziura, osobliwość, której masa waha się zazwyczaj od kilku do kilkudziesięciu mas słonecznych. W ten sposób powstają czarne dziury, które nazwać możemy “gwiazdowymi” – obiekty, które w klasyfikacji czarnych dziur zajmują najniższy stopień drabiny pod względem wielkości.

Na samym szczycie tejże drabiny znajdują się tzw. supermasywne czarne dziury, gigantyczne obiekty o masach sięgających wielu miliardów mas słonecznych, rezydujące w jądrze niemal każdej galaktyki. Ewolucja supermasywnych czarnych dziur, w przeciwieństwie do “maluczkich”, jest ciągle mocno kontrowersyjną sprawą – nie wiemy niestety, w jaki sposób tak olbrzymie obiekty mogą w ogóle powstawać, możemy jedynie wysnuwać mgliste podejrzenia, że dochodzi do tego w efekcie “zlewania” się pomniejszych dziur w jeden olbrzymi konglomerat.

Trudno jednak byłoby uwierzyć, że czarna dziura o masie miliardów Słońc powstaje w każdej galaktyce z połączenia się ze sobą milionów dziur “gwiazdowych”. Nie wygląda to zbyt prawdopodobnie i dlatego siłą rzeczy narzuca się sama inna opcja - najprawdopodobniej wielką pustkę, wracając do porównania z drabiną, pomiędzy najniższymi szczeblami a niebotycznie wysoko położonymi musi wypełniać kolejna klasa czarnych dziur.

Naukowcy podejrzewają od dawna, że czarne dziury o średniej masie (czyli, powiedzmy, od kilkuset do kilkuset tysięcy mas słonecznych) muszą istnieć i tylko kwestią czasu jest ich zaobserwowanie. Jak się jednak okazywało dotąd, nie było to tak prostym zadaniem – swego czasu pisałem o możliwym odkryciu takiej czarnej dziury tutaj, jednak obserwacje te nie zostały ostatecznie potwierdzone. Wiele jednak wskazuje na to, że tym razem możemy mieć do czynienia z prawdziwym przełomem w tej kwestii – w renomowanym czasopiśmie naukowym “Nature” z 02. lipca ukazał się artykuł zespołu naukowców kierowanego przez astrofizyków z Centre d’Etude Spatiale des Rayonnements (Francja), w którym astronomowie przedstawiają, jak się zdaje, dość silne dowody na istnienie przynajmniej jednego takiego obiektu.

Korzystają z rentgenowskiego teleskopu kosmicznego XMM-Newton zespół, na czele którego stał dr Sean Farrell (obecnie w Department of Physics and Astronomy w University of Leicester, Wielka Brytania) poszukiwali początkowo, jak to się często zdarza, czegoś zupełnie innego – przeczesywali zarejestrowane przez teleskop dane pod kątem gwiazd neutronowych i białych karłów. Natrafili tym czasem na niezwykle jasne źródło promieniowania rentgenowskiego (stąd też jego nazwa: Hyper-Luminous X-Ray Source 1, HLX-1) w galaktyce ESO 243-49, odległej od nas o ok. 290 milionów lat świetlnych. Jednocześnie porównanie uzyskanych danych z obserwacjami w świetle widzialnym wykazało, że bardzo silne źródło promieniowania rentgenowskiego w świetle widzialnym jest zupełnie niepozorne i niczym się nie wyróżnia. Co jednak najważniejsze – źródło to nie znajduje się w centrum galaktyki, jak to zwykle bywa z supermasywnymi czarnymi dziurami, a w pewnej od niego odległości, co wyklucza “supermasywność” czarnej dziury.

Choć całkowicie wykluczyć innych alternatyw oczywiście nie można, Farrell i koledzy są przekonani, iż w odległej galaktyce zaobserwowali czarną dziurę o średniej masie równej około 500 masom Słońca. W przypadku, gdy wyniki te zostaną potwierdzone w dalszych badaniach i – co ważne – również z innych źródeł, mielibyśmy do czynienia z dość ważnym odkryciem – ogromna luka w klasyfikacji czarnych dziur zostałaby “zatkana” i jednocześnie teoria, wedle której supermasywne czarne dziury powstają z połączenia średnio masywnych, zyskałaby silniejsze podstawy.

Praca naukowców w “Nature”

Źródła:

Grafika: Artystyczna wizja HLX-1 w galaktyce ESO 243-49 (niebieskawa gwiazda trochę po lewej od centrum nad zgrubieniem)

Źródło grafiki