Astronomowie używający 45-metrowego radioteleskopu Nobeyama wykryli sygnały niewidzialnej czarnej dziury o masie 100 tysięcy razy większej od masy Słońca. Ta prawdopodobna czarna dziura może być kluczem do zrozumienia powstawania supermasywnych czarnych dziur zlokalizowanych w centrach galaktyk.

Zespół astronomów z Japonii znalazł enigmatyczną chmurę gazu, zwaną CO-0.40-0.22, znajdującą się jedynie 200 lat świetlnych od centrum Drogi Mlecznej. Tym, co sprawia, że CO-0.40-0.22 jest nadzwyczajna, jest jej niespodziewanie szeroka dyspersja prędkości: chmura gazu porusza się z bardzo dużą prędkością. Zespół odkrył tę tajemniczą właściwość przy użyciu dwóch teleskopów: 45 metrowego teleskopu Nobeyama w Japonii oraz teleskopu ASTE w Chile. Oba z nich są operowane przez Narodowe Obserwatorium Astronomiczne w Japonii.

W celu szczegółowego zbadania struktury, zespół ponownie obserwował CO-0.44-0.22 przez Nobeyama, aby uzyskać 21 linii emisyjnych z 18 cząsteczek. Wyniki pokazują, że chmura ma eliptyczny kształt i składa się z dwóch komponentów: kompaktowego, ale o niskiej gęstości składnika z bardzo szeroką dyspersją prędkości 100 km/s oraz gęstego komponentu rozszerzającego się 10 lat świetlnych z wąską dyspersją prędkości.

Jednak co sprawia, że dyspersja prędkości jest tak szeroka? Wewnątrz chmury nie ma żadnych dziur. Ponadto, obserwacje w podczerwieni i promieniowaniu rentgenowskim, nie znalazły zwartych obiektów. Cechy te oznaczają, że dyspersja prędkości nie jest spowodowana przez lokalny nakład energii, taki jak wybuchy supernowych. Więc… przez co?

Astronomowie wykonali prostą symulację chmur gazowych rozrzuconych przez silne źródło grawitacji. W symulacji chmury gazu są najpierw przyciągane przez źródło a ich prędkości zwiększają się podczas zbliżania się do źródła, osiągając maksimum w najbliższym punkcie od obiektu. Następnie, chmury nadal przechodzą obok obiektu, a ich prędkość zmniejsza się. Zespół odkrył, że model używający źródła grawitacji 100 tysięcy razy większego od masy Słońca wewnątrz obszaru o promieniowaniu 0,3 lat świetlnych, najbardziej odpowiada do obserwowalnych danych. Biorąc pod uwagę fakt, że żadne zwarte obiekty nie są widoczne w promieniowaniu rentgenowskim lub obserwacji w podczerwieni, o ile nam wiadomo, najlepszym kandydatem na kompaktowy masywny obiekt jest … czarna dziura.

Jeśli tak, jest to pierwsze odkrycie średniej masy czarnej dziury. Astronomowie dotąd znają dwa rodzaje czarnych dziur: utworzone po gigantycznej eksplozji bardzo masywnej gwiazdy oraz supermasywne czarne dziury często znajdujące się w centrach galaktyk. Masa supermasywnej czarnej dziury waha się od kilku milionów do miliardów mas Słońca. Wiele supermasywnych czarnych dziur zostało znalezione, lecz nikt nie wie, w jaki sposób powstają. Jednym z pomysłów jest to, że są tworzone z połączenia kilku czarnych dziur o średnich masach. Ale tu pojawia się problem, ponieważ do tej pory nie ma żadnych dowodów na istnienie czarnych dziur pośredniej masy. Jeśli chmura CO-0.40-0.22, położona zaledwie 200 lat świetlnych od Sgr A (czarna dziura położona w centrum Drogi Mlecznej o masie 400 milionów mas Słońca), zawiera średniej masy czarną dziurę, to może potwierdzać scenariusz połączenia kilku średniej masy czarnych dziur w supermasywną czarną dziurę.

Wyniki te otwierają nowy sposób wyszukiwania czarnych dziur przez radioteleskopy. Ostatnie obserwacje wykazały, że istnieje szereg zwartych chmur o szerokiej dyspersji prędkości podobnych do CO-0.40-0.22. Astronomowie sugerują, że niektóre z tych chmur mogą zawierać czarne dziury. Badania pokazują, że w Drodze Mlecznej istnieje około 100 milionów czarnych dziur, ale dotychczas obserwacje w promieniowaniu rentgenowskim pozwoliły nam znaleźć dziesiątki z nich. Większość czarnych dziur może być “ciemne” i bardzo trudno jest zobaczyć je bezpośrednio na dowolnej długości fali. Badania ruchu gazu przez radioteleskopy mogą dostarczyć uzupełniający sposób wyszukiwania ciemnych czarnych dziur. Trwające szerokie obserwacje w obszarze Drogi Mlecznej przez 45 metrowy teleskop Nobeyama oraz wysokiej rozdzielczości obserwacje pobliskich galaktyk za pomocą Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) mają potencjał, aby zdecydowanie zwiększyć liczbę kandydatów do czarnych dziur.

Autor

Julia Liszniańska
Julia Liszniańska

Redaktor naczelna AstroNETu i członek Klubu Astronomicznego Almukantarat. Studentka informatyki na Politechnice Wrocławskiej. Stypendystka m.in. programów: TopMinds organizowanego przez Polsko-Amerykańską Komisję Fulbrighta, Microsoft Career Club oraz G4G Nokia.