Potężny rozbłysk starej czarnej dziury

Potężny rozbłysk starej czarnej dziuryOriginal Press Release
Obserwatorium rentgenowskie NASA Chandra X-ray Observatory odkrył niezwykłą eksplozję czarnej dziury w galaktyce spiralnej M83, leżącej w odległości około piętnastu milionów lat świetlnych od Ziemi.

W trakcie trwających kilka lat obserwacji prowadzonych przez Chandrę, jasność rentgenowska ULX w M83 wzrosła ponad 3000 razy. To nagłe pojaśnienie jest jedną z największych zmian jakie kiedykolwiek obserwowano w paśmie rentgenowskim dla tego typu obiektów, zazwyczaj nie wykazujących okresów uśpienia.

Optyczne zdjęcia ukazują podczas rozbłysku rentgenowskiego pojawienie się jasnoniebieskiego źródło światła w pozycji odpowiadającej ULX. Nie widać go przed wybuchem. Wyniki te sugerują, że towarzysz czarnej dziury w M83 to czerwony olbrzym, w wieku ponad 500 milionów lat i masie nie większej niż około czterokrotność masy Słońca. Według teoretycznych modeli ewolucji gwiazd, czarna dziura powinna mieć podobny wiek.

Astronomowie sądzą, że jasna, niebieska emisja optyczna widoczna podczas rozbłysku rentgenowskiego pochodzi z  dysk wokół czarnej dziury, który gwałtownie rozjaśnił się pożerając dodatkową porcję materii z gwiazdy towarzyszącej.

Inny bardzo zmienny ULX, któremu towarzyszy stara, czerwona gwiazda został niedawno odkryty w M31. Oba te obiekty razem dostarczają bezpośrednich dowodów istnienia populacji czarnych dziur, które są znacznie starsze i bardziej zmienne niż dotąd sądzono.

Naukowcy szacują, że masa ULX w M83 jest od 40 do 100 razy większa niż masa Słońca. Niższa masa – rzędu 15 mas Słońca – jest możliwe, ale jedynie pod warunkiem, że ULX produkuje więcej promieniowania rentgenowskiego niż przewidują to  standardowe modele zachowania materii w czasie opadania na czarną dziurę.

Znaleziono również dowody na to, że czarna dziura mogła powstać z gwiazdy zaskakująco bogatej w metale (pierwiastki cięższe od helu – w żargonie astronomicznym). ULX znajduje się w regionie, który – jak wskazują wcześniejsze badanie -jest bogaty w takie pierwiastki.

Duża zawartość metali zwiększają tempu utraty masy masywnych gwiazd, obniżając próg, w którym następuję ich kolaps. To z kolei prowadzi do zmniejszenia masy powstałej czarnej dziury. Modele teoretyczne sugerują, że w takim przypadku  powinny powstawać czarne dziury o masie nie większej niż około 15-krotnośc masy Słońca. Dlatego właśnie nowe wyniki zdają się podważać poprawność tych modeli.

Alternatywna hipoteza sugeruje, że czarna dziura jest wystarczająco stara, że powstała w okresie, gdy w M83 znajdowało się znacznie mniej pierwiastków ciężkich.

Źródła:

M83: A Remarkable Outburst from an Old Black Hole

NASA's Chandra X-ray Observatory has discovered an extraordinary outburst by a black hole in the spiral galaxy M83, located about 15 million light years from Earth. Using Chandra, astronomers found a new ultraluminous X-ray source (ULX), objects that give off more X-rays than most „normal” binary systems in which a companion star is in orbit around a neutron star or black hole.

On the left is an optical image of M83 from the Very Large Telescope in Chile, operated by the European Southern Observatory. On the right is a composite image showing X-ray data from Chandra in pink and optical data from the Hubble Space Telescope in blue and yellow. The ULX is located near the bottom of the composite image (mouseover for the exact position).

In Chandra observations that spanned several years, the ULX in M83 increased in X-ray brightness by at least 3,000 times. This sudden brightening is one of the largest changes in X-rays ever seen for this type of object, which do not usually show dormant periods.

Optical images reveal a bright blue source at the position of the ULX during the X-ray outburst. Before the outburst the blue source is not seen. These results imply that the companion to the black hole in M83 is a red giant star, more than about 500 million years old, with a mass less than about four times the Sun's. According to theoretical models for the evolution of stars, the black hole should be almost as old as its companion.

Astronomers think that the bright, blue optical emission seen during the X-ray outburst must have been caused by a disk surrounding the black hole that brightened dramatically as it gained more material from the companion star.

Another highly variable ULX with an old, red star as a companion to a black hole was found recently in M31. The new ULXs in M83 and M31 provide direct evidence for a population of black holes that are much older and more volatile than those usually considered to be found in these objects.

The researchers estimate a mass range for the M83 ULX from 40 to 100 times that of the Sun. Lower masses of about 15 times the mass of the Sun are possible, but only if the ULX is producing more X-rays than predicted by standard models of how material falls onto black holes.

Evidence was also found that the black hole in this system may have formed from a star surprisingly rich in „metals”, as astronomers call elements heavier than helium. The ULX is located in a region that is known, from previous observations, to be rich with metals.

Large numbers of metals increase the mass-loss rate for massive stars, decreasing their mass before they collapse. This, in turn, decreases the mass of the resulting black hole. Theoretical models suggest that with a high metal content only black holes with masses less than about 15 times that of the Sun should form. Therefore, these results may challenge these models.

This surprisingly rich „recipe” for a black hole is not the only possible explanation. It may also be that the black hole is so old that it formed at a time when heavy elements were much less abundant in M83, before seeding by later generations of supernovas. Another explanation is that the mass of the black hole is only about 15 times that of the Sun.

Written by admin

Dodaj komentarz

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