Mała potworna czarna dziura może być dowodem gigantycznego wzrostu

Odkrycie supermasywnej czarnej dziury w stosunkowo małej galaktyce może pomóc astronomom rozwikłać zagadkę dotyczącą wzrostu największych czarnych dziur.

Naukowcy wykorzystali Obserwatorium Rentgenowskie Chandra NASA do zidentyfikowania czarnej dziury, która ma masę około 200 000 mas Słońca pochowaną w gazie i pyle w galaktyce Mrk 462.

Gromada Mrk 462 zawiera tylko setki milionów gwiazd, co czyni ją galaktyką karłowatą. Dla kontrastu, nasza Galaktyka Mlecznej Drogi jest domem dla kilkuset miliardów gwiazd. Jest to jeden z pierwszych przypadków, w których supermasywna czarna dziura została znaleziona tak głęboko zakopana lub „zasłonięta” w galaktyka karłowata.

„Ta czarna dziura w Mrk 462 jest jedną z najmniejszych supermasywnych dziur lub potworów, czarne dziury„Znalezienie takich czarnych dziur jest bardzo trudne” – powiedział Jack Parker z Dartmouth College w New Hampshire, który prowadził badania z kolegą Ryanem Hickoxem, również z Dartmouth.

W większych galaktykach astronomowie często znajdują czarne dziury, szukając szybkich ruchów gwiazd w centrach galaktyk. Jednak galaktyki karłowate są zbyt małe i słabe, aby większość obecnych instrumentów mogła je wykryć. Innym podejściem jest poszukiwanie cech charakterystycznych rosnących czarnych dziur, takich jak podgrzewanie gazu do milionów stopni i świecenie w promieniowaniu rentgenowskim, gdy spada w kierunku czarnej dziury.

Naukowcy biorący udział w tym badaniu wykorzystali Chandrę do przyjrzenia się ośmiu galaktykom karłowatym, które wcześniej wykazywały oznaki wzrostu czarnej dziury na podstawie danych optycznych zebranych przez Sloan Digital Sky Survey. Z tych ośmiu tylko Mrk 462 wykazał rentgenowską sygnaturę rosnącej czarnej dziury.

Niezwykle duża intensywność wysokoenergetycznych promieni rentgenowskich w porównaniu z niskoenergetycznymi promieniami rentgenowskimi, wraz z porównaniami z danymi na innych długościach fal, sugeruje, że czarna dziura Mrk 462 jest mocno przesłonięta przez gaz.

„Ponieważ zakopane czarne dziury są trudniejsze do wykrycia niż te odsłonięte, znalezienie tego przykładu może oznaczać, że istnieje wiele galaktyk karłowatych z podobnymi czarnymi dziurami” – powiedział Hickox. „Jest to ważne, ponieważ może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytanie w astrofizyce: w jaki sposób czarne dziury stały się tak duże na początku świata? istnienie? „

Wcześniejsze badania wykazały, że czarne dziury mogą urosnąć do miliarda masy słoneczne Do czasu, gdy wszechświat ma mniej niż miliard lat, ułamek jego obecnego wieku. Jednym z pomysłów jest to, że te masywne obiekty powstały, gdy masywne gwiazdy zapadły się, tworząc czarne dziury o masie około 100 mas Słońca. Jednak prace teoretyczne miały trudności z wyjaśnieniem, w jaki sposób może spakować swoją wagę wystarczająco szybko, aby osiągnąć rozmiary obserwowane we wczesnym wszechświecie.

Alternatywnym wyjaśnieniem jest to, że wczesny wszechświat był wypełniony czarnymi dziurami zawierającymi dziesiątki tysięcy mas Słońca, kiedy się formowały – prawdopodobnie z powodu kolapsu gigantycznych obłoków gazu i pyłu.

Duża część galaktyk karłowatych z supermasywnymi czarnymi dziurami potwierdza tezę, że nasiona małych czarnych dziur z pierwszej generacji gwiazd rosły z zadziwiającą prędkością, tworząc miliard mas Słońca we wczesnym wszechświecie. Mała część przechyliłaby szalę na korzyść pomysłu, że czarne dziury zaczęły żyć ważąc dziesiątki tysięcy słońc.

Te przewidywania mają zastosowanie, ponieważ warunki bezpośredniego kolapsu z gigantycznego obłoku do średniej wielkości czarnej dziury powinny być rzadkie, więc nie oczekuje się, że znaczna część galaktyk karłowatych zawiera supermasywne czarne dziury. Z drugiej strony, w każdej galaktyce spodziewane są czarne dziury o masie gwiazdowej.

„Nie możemy wyciągnąć mocnych wniosków z jednego przykładu, ale to odkrycie powinno zachęcić do bardziej wszechstronnych poszukiwań czarnych dziur zakopanych w galaktykach karłowatych” – powiedział Parker. „Jesteśmy podekscytowani tym, czego możemy się nauczyć”.

Te odkrycia miały zostać zaprezentowane na 239. spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Salt Lake City i były częścią wirtualnej konferencji prasowej w poniedziałek 10 stycznia.