Pierwsza średniej masy czarna dziura i jej dramatyczna historia

Pierwsza średniej masy czarna dziura i jej dramatyczna historiaOriginal Press Release
Wykorzystując kosmiczny teleskop NASA Hubble Space Telescope (HST) astronomowie trafili na skupisko młodych błękitnych gwiazd okrążających pierwszą średniej masy czarną dziurę jaką dotąd odkryto.

Po raz pierwszy mamy wgląd w środowisko, a więc i pochodzenie czarnej dziury o pośredniej masie

Mathieu Servillat
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Astronomowie wiedzą, jak zapaść masywnej gwiazdy (o masie około 10 razy większej od Słońca) prowadzi do powstania czarnej dziury o masie gwiazdy. Jednak nie jest jasne, jak powstają supermasywne czarne dziury (takie, jak ważący cztery miliony Słońc potwór w centrum Drogi Mlecznej) znajdujące się w jądrach galaktyk. Jedna z hiptez zakłada, że takie czarne dziury mogą tworzyć się z połączenia mniejszych, czarnych dziur o masie setek do tysięcy Słońc określanych mianem czarnych dziur o masach pośrednich.

Główny autor badań – Sean Farrell z Instytutu Astronomii Sydney w Australii – odkrył tę niezwykłą czarną dziurę w 2009 korzystając z sondy rentgenowskie XMM-Newton Europejskiej Agencji Kosmicznej. Znana jako HLX-1 (Hyper-Luminous X-ray source 1), czarna dziura jest 20 000 razy masywniejsza od Słońca i znajduje się na skraju galaktyki ESO 243-49, oddalonej o 290 milionów lat świetlnych od Ziemi.

Zespół kierowany przez Farrella wykonał dalsze obserwacje HLX-1 wykorzystując jednocześnie obserwatorium rentgenowskie NASA Swift oraz HST w zakresach od bliskiej podczerwieni przez pasmo optyczne po ultrafiolet. Natężenie i kolor światła wskazał obecność gromady młodych gwiazd o średnicy 250 lat świetlnych, okrążających czarną dziurę. Ze względu na odległość nawet Hubble nie jest w stanie rozdzielić gromady i ukazać indywidualnych gwiazd, jednak jasność i kolor odpowiada innym gromadom młodych gwiazd obserwowanym w innych galaktykach.

Zespół Farrella zarejestrował niebieskie światło gorącego gazu pochodzące z dysku akrecyjnego wirującego wokół czarnej dziury. Obok niego zarejestrowali czerwone światło wytwarzane przez znacznie chłodniejszy gaz, najprawdopodobniej pochodzące z gwiazd. Modele komputerowe sugerują obecność młodej, masywnej gromady gwiazd okrążających czarną dziurę.

„Na podstawie danych uzyskanych przez teleskop Hubble dochodzimy do wniosku, że aby wyjaśnić obserwowane kolory konieczna jest zarówno emisja z dysku akrecyjnego jak i od populacji gwiazd”- mówi Farrell.

Tego rodzaju młode gromady gwiazd występują powszechnie w pobliskich galaktykach, jednak nie obserwuje się ich poza spłaszczonym dyskiem gwiezdnym, taj jak ma to miejsce w przypadku HLX-1. Naukowcy sądzą, że czarna dziura HLX-1 znajdowała się kiedyś w jądrze galaktyki karłowej. W pewnym momencie większa galaktyka schwytała karła, a większość jego gwiazd została przechwycona lub usunięta w wyniku zderzenia galaktyk. W tym samym czasie spotkanie zainicjowało produkcję nowych gwiazdy. Interakcja, która skompresowała gaz wokół czarnej dziury również to doprowadziła do produkcji gwiazd.

Z badań Farrella i Servillata wynika, że gromada gwiazd ma nie więcej niż 200 milionów lat. Oznacza to, że większość gwiazd powstała po kolizji galaktyki karłowej z większą, widoczną na zdjęciu. Z wieku gwiazd można dowiedzieć się, jak dawno temu dwie galaktyki zderzyły się ze sobą.

Na tym etapie badań dalsze losy czarnej dziury trudno przewidzieć. Zależą one od jej trajektorii, która póki co nie jest znane. Możliwe, że czarna dziura poruszając się po spirali dotrze do centrum wielkiej galaktyki by ostatecznie połączyć się z supermasywną czarną dziurą w jej jądrze. Być może znalazła się na stabilnej orbicie wokół większej galaktyki. Tak czy inaczej, prawdopodobnie niedługo przestanie jasno świecić w paśmie rentgenowskim, w miarę jak zużyje zapasy gazu.

„Jest to wyjątkowa czarna dziura, ponieważ jest jedyną czarną dziurą o pośredniej masie, jaką dotąd odkryliśmy. Jej rzadkość sugeruje, że takie obiekty mogą być widoczne tylko przez krótki czas „- mówi Servillat.

Na ten rok zaplanowano więcej obserwacji w celu lepszego poznania historii interakcji między dwoma galaktykami.

Źródła:

  • Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA): Black Hole Came from a Shredded Galaxy
  • Zdjęcie: NASA, ESA, and S. Farrell (University of Sydney, Australia and University of Leicester, UK)
Black Hole Came from a Shredded Galaxy

Astronomers using NASA's Hubble Space Telescope have found a cluster of young, blue stars encircling the first intermediate-mass black hole ever discovered. The presence of the star cluster suggests that the black hole was once at the core of a now-disintegrated dwarf galaxy. The discovery of the black hole and the star cluster has important implications for understanding the evolution of supermassive black holes and galaxies.

„For the first time, we have evidence on the environment, and thus the origin, of this middle-weight black hole,” said Mathieu Servillat, who worked at the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics when this research was conducted.

Astronomers know how massive stars collapse to form stellar-mass black holes (which weigh about 10 times the mass of our sun), but it's not clear how supermassive black holes (like the four million solar-mass monster at the center of the Milky Way) form in the cores of galaxies. One idea is that supermassive black holes may build up through the merger of smaller, intermediate-mass black holes weighing hundreds to thousands of suns.

Lead author Sean Farrell, of the Sydney Institute for Astronomy in Australia, discovered this unusual black hole in 2009 using the European Space Agency's XMM-Newton X-ray space telescope. Known as HLX-1 (Hyper-Luminous X-ray source 1), the black hole weighs in at 20,000 solar masses and lies towards the edge of the galaxy ESO 243-49, which is 290 million light-years from Earth.

Farrell and his team then observed HLX-1 simultaneously with NASA's Swift observatory in X-ray and Hubble in near-infrared, optical, and ultraviolet wavelengths. The intensity and the color of the light shows a cluster of young stars, 250 light-years across, encircling the black hole. Hubble can't resolve the stars individually because the suspected cluster is too far away. The brightness and color are consistent with other clusters of young stars seen in other galaxies.

Farrell's team detected blue light from hot gas in the accretion disk swirling around the black hole. However, they also detected red light produced by much cooler gas, which would most likely come from stars. Computer models suggested the presence of a young, massive cluster of stars encircling the black hole.

„What we can definitely say with our Hubble data is that we require both emission from an accretion disk and emission from a stellar population to explain the colors we see,” said Farrell.

Such young clusters of stars are commonly seen in nearby galaxies, but not outside the flattened starry disk, as found with HLX-1. The best explanation is that the HLX-1 black hole was the central black hole in a dwarf galaxy. The larger host galaxy then captured the dwarf. Most of the dwarf's stars were stripped away through the collision between the galaxies. At the same time, new young stars were formed in the encounter. The interaction that compressed the gas around the black hole also triggered star formation.

Farrell and Servillat found that the star cluster must be less than 200 million years old. This means that the bulk of the stars were formed following the dwarf's collision with the larger galaxy. The age of the stars tells how long ago the two galaxies crashed into each other.

The future of the black hole is uncertain at this stage. It depends on its trajectory, which is currently unknown. It's possible the black hole may spiral in to the center of the big galaxy and eventually merge with the supermassive black hole there. Alternately, the black hole could settle into a stable orbit around the galaxy. Either way, it's likely to fade away in X-rays as it depletes its supply of gas.

„This black hole is unique in that it's the only intermediate-mass black hole we've found so far. Its rarity suggests that these black holes are only visible for a short time,” said Servillat.

More observations are planned this year to track the history of the interaction between the two galaxies.

The new findings are being published in the February 15 issue of the Astrophysical Journal Letters. The journal paper is available online.

This release is being issued jointly with NASA.

Headquartered in Cambridge, Mass., the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) is a joint collaboration between the Smithsonian Astrophysical Observatory and the Harvard College Observatory. CfA scientists, organized into six research divisions, study the origin, evolution and ultimate fate of the universe.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *