Ameriški in avstralski astrofiziki so odkrili kandidata za srednje velike črne luknje. To ime so dobili po tem, da so težji od navadnih - torej tistih, ki nastanejo kot posledica gravitacijskega zruševanja zvezd - predmetov, vendar lažji od supermasivnih črnih lukenj, ki se običajno nahajajo v aktivnih jedrih velikih galaksij. Izvor nenavadnih predmetov je še vedno nejasen. "Lenta.ru" govori o črnih luknjah vmesnih množic in odkritju znanstvenikov.
Večina črnih lukenj, ki jih znanstveniki poznajo - torej predmeti, ki jih nobena stvar ne more pustiti (ignoriranje kvantnih učinkov) - so črne luknje zvezdne mase ali supermasivne črne luknje. Izvor teh gravitacijskih predmetov je astronomom približno jasen. Prve, kot pove že njihovo ime, predstavljajo zadnjo fazo v razvoju težkih svetil, ko se v njihovih globinah prenehajo termonuklearne reakcije. So tako težki, da se ne spremenijo v bele pritlikavke ali nevtronske zvezde.
Majhne zvezde, kot je Sonce, se spremenijo v bele palčke. Njihova sila gravitacijske kompresije se uravnoteži z elektromagnetnim odbijanjem elektro-jedrske plazme. Pri težjih zvezdah je gravitacija omejena s pritiskom jedrske snovi, kar ima za posledico nevtronske zvezde. Jedro takšnih predmetov tvori nevtronska tekočina, ki je prekrita s tanko plazemsko plastjo elektronov in težkimi jedri. Končno se najtežje svetilke spremenijo v črne luknje, kar odlično opisujeta splošna relativnost in statistična fizika.
Kroglasta zvezdna kopica 47 Toucan
Foto: NASA / ESA / Hubble Heritage
Mejno vrednost mase belega pritlikavca, ki ji preprečuje, da bi se spremenila v nevtronsko zvezdo, je leta 1932 ocenil indijski astrofizik Subramanian Chandrasekhar. Ta parameter se izračuna iz ravnotežnega stanja degeneriranega plina elektrona in gravitacijskih sil. Trenutna vrednost meje Chandrasekhar je ocenjena na približno 1,4 sončne mase. Zgornja meja mase nevtronske zvezde, pri kateri se ne spremeni v črno luknjo, se imenuje meja Oppenheimer-Volkov. Določa se iz ravnotežnega stanja tlaka iztrošenega nevtronskega plina in sile teže. Leta 1939 so ga znanstveniki dobili pri 0,7 sončne mase, sodobne ocene pa segajo od 1,5 do 3,0.
Najbolj masivne zvezde so 200-300 krat težje od Sonca. Praviloma masa črne luknje, ki izvira iz zvezde, ne presega tega vrstnega reda. Na drugem koncu lestvice so supermasivne črne luknje - so več sto tisoč ali celo deset milijard krat težje od Sonca. Običajno se takšne pošasti nahajajo v aktivnih središčih velikih galaksij in odločilno vplivajo nanje. Kljub temu, da izvor supermasivne črne luknje sproža tudi številna vprašanja, je bilo do danes odkritih dovolj takšnih predmetov (strožje - kandidati zanje), da ne bi dvomili o njihovem obstoju.
Promocijski video:
Na primer, v središču Mlečne poti, na razdalji 7,86 kiloparsec od Zemlje, je najtežji predmet v Galaksiji - supermasivna črna luknja Strelec A *, ki je več kot štiri milijone krat težja od Sonca. V bližnjem velikem zvezdastem sistemu, meglici Andromeda, je še težji predmet: supermasivna črna luknja, ki je verjetno 140 milijonov krat težja od Sonca. Astronomi ocenjujejo, da bo čez približno štiri milijarde let supermasivna črna luknja iz meglice Andromeda pogoltnila eno z Mlečne poti.
Srednja masa črna luknja (zamislil umetnik)
Slika: CfA / M. Weiss
Ta mehanizem kaže na najverjetnejši način oblikovanja velikanskih črnih lukenj - preprosto absorbirajo vso zadevo okoli njih. Vendar ostaja vprašanje: ali v naravi obstajajo črne luknje vmesnih mas - med zvezdnimi in nadčloveškimi? Opažanja zadnjih let, tudi tista, ki so bila objavljena v zadnji številki revije Nature, to potrjujejo. V publikaciji so avtorji poročali o odkritju verjetnega kandidata za srednje masne črne luknje v središču kroglične zvezdne kopice 47 Toucan (NGC 104). Ocene kažejo, da je približno 2,2 tisoč krat težji od Sonca.
Grozd 47 Toucan se nahaja 13 tisoč svetlobnih let od Zemlje v ozvezdju Toucan. Ta sklop gravitacijsko vezanih svetil se odlikuje z veliko starostjo (12 milijard let) in izjemno veliko svetlostjo med takšnimi predmeti (drugi le omega Centauri). NGC 104 vsebuje tisoče zvezd, omejenih na pogojno sfero premera 120 svetlobnih let (tri zaporedje manjše od premera diska Mlečne poti). Tudi v 47 Toucanih je približno dvajset pulsarjev - postali so glavni predmet raziskav znanstvenikov.
Prejšnja iskanja črne luknje v središču NGC 104 niso bila uspešna. Takšni predmeti se razkrivajo posredno, z značilnimi rentgenskimi žarki, ki izhajajo iz akumulacijskega diska okoli njih, ki ga tvori segreti plin. Medtem središče NGC 104 skoraj ne vsebuje plina. Po drugi strani je mogoče črno luknjo zaznati po njenem vplivu na zvezde, ki se vrtijo v njeni bližini - nekaj takega je mogoče preučiti Strelca A *. Vendar so se tudi tu znanstveniki soočali s težavo - središče NGC 104 vsebuje preveč zvezd, da bi lahko razumeli njihova posamezna gibanja.
Parkovi radijski teleskop
Foto: David McClenaghan / CSIRO
Znanstveniki so se trudili premostiti obe težavi, hkrati pa ne opustiti običajnih metod odkrivanja črnih lukenj. Najprej so astronomi analizirali dinamiko zvezd celotnega kroglastega grozda kot celote in ne le tistih zvezd, ki so blizu njenega središča. Da bi to naredili, so avtorji vzeli podatke o dinamiki svetil 47 47 Toucan, ki so jih zbrali med opazovanji avstralskega radijskega observatorija Parkes. Znanstveniki so pridobljene informacije uporabili za računalniško modeliranje v okviru gravitacijskega problema N teles. Pokazalo je, da je v središču NGC 104 nekaj, kar po lastnostih spominja na srednje maso črne luknje. Vendar to ni bilo dovolj.
Raziskovalci so se odločili, da bodo svoje ugotovitve preizkusili na pulsarjih - kompaktnih ostankih mrtvih zvezd, katerih radijski signali so se astronomi zelo dobro naučili slediti. Če NGC 104 vsebuje črno luknjo srednje mase, pulsarjev ne morete postaviti preblizu središča 47 Toucan - in obratno. Kot so pričakovali avtorji, je bil potrjen prvi scenarij: lokacija pulsarjev v NGC 104 je dobro povezana z dejstvom, da je v sredini grozda črna luknja povprečne mase.
Avtorji verjamejo, da se lahko gravitacijski predmeti te vrste nahajajo v središčih drugih krogličnih grozdov - verjetno tam, kjer so že ali jih še ne iščejo. To bo zahtevalo natančno preučitev vsakega od teh grozdov. Kakšno vlogo igrajo črne luknje z vmesno maso in kako so nastale? Za zdaj še ni znano. Kljub številnim možnostim za njihov nadaljnji razvoj je soavtor študije Bulent Kiziltan prepričan, da "so morda izvirna semena, ki so prerasla v pošasti, ki jih danes vidimo v središčih galaksij."
Jurij Suhov