W sąsiedniej galaktyce odkryto niezwykłą czarną dziurę, jak żadna inna

Odkrycie, jedna z niewielu potwierdzonych czarnych dziur o średniej masie, znajduje się w równie rzadkim obiekcie znanym jako małomasywne, nagie jądro.

Astronomowie odkryli Czarna dziura Niezrównany. Przy stu tysiącach mas Słońca są mniejsze niż czarne dziury, które znaleźliśmy w centrach galaktyk, ale większe niż czarne dziury, które powstają, gdy gwiazdy eksplodują. To sprawia, że ​​jest to jedna z niewielu potwierdzonych czarnych dziur o średniej masie, czego astronomowie od dawna poszukiwali.

„Mamy bardzo dobre odkrycia największych czarnych dziur o masie gwiazdowej, do 100 razy większych od naszego Słońca, oraz supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktyk, które są miliony razy większe od naszego Słońca, ale nie ma pomiarów czarny kolor między nimi”, powiedział starszy autor Anil Seth, profesor astronomii na Uniwersytecie Utah i współautor badania, „To ogromna luka”. „To odkrycie wypełnia pustkę”.

Galaktyka Andromedy, czyli M31, jest największą galaktyką Drogi Mlecznej. Źródło: NASA/JPL-Caltech

Czarna dziura została ukryta w B023-G078, masywnej gromadzie gwiazd w naszej najbliższej sąsiedniej galaktyce, Andromedzie. Od dawna uważana za kulistą gromadę gwiazd, naukowcy argumentowali, że B023-G078 jest zamiast tego nagim jądrem. Nagie jądra to pozostałości po małych galaktykach, które wpadły w większe galaktyki i zostały odarte z zewnętrznych gwiazd przez siły grawitacyjne. Pozostaje mały, gęsty rdzeń krążący wokół większej galaktyki, aw środku tego jądra czarna dziura.

„Wcześniej znaleźliśmy supermasywne czarne dziury wewnątrz masywnych, abstrakcyjnych jąder znacznie większych niż B023-G078. Dowiedzieliśmy się, że muszą istnieć mniejsze czarne dziury” – powiedział główny autor Rinuka Besheti z Liverpool John Moores University, który rozpoczął badania w Stany Zjednoczone w jądrach o małej masie, ale nie było żadnych bezpośrednich dowodów. „To jasny przypadek, że w końcu znaleźliśmy jedną z tych rzeczy”.

ten badanie było Opublikowano 11 stycznia 2022, w Dziennik astrofizyczny.

Lewy panel pokazuje wielkoskalowy obraz M31 z czerwonym kwadratem i wstawką pokazującą lokalizację i obraz B023-G78, gdzie znaleziono czarną dziurę. Źródło: Iván Éder, https://www.astroeder.com/; HST ACS / HRC

Przeczucie, które trwa przez dziesięciolecia

B023-G078 znana jest jako masywna kulista gromada gwiazd – kulista grupa gwiazd silnie związanych grawitacją. Jednak tylko jedna obserwacja obiektu określiła jego całkowitą masę, około 6,2 miliona mas Słońca. Seth przez lata miał wrażenie, że jest kimś innym.

„Wiedziałem, że obiekt B023-G078 jest jednym z najbardziej masywnych obiektów w Andromedzie i pomyślałem, że może być kandydatem na abstrakcyjne jądro. Ale potrzebowaliśmy danych, aby to udowodnić” – powiedział Seth. Zawsze moje sugestie. odkrył supermasywną czarną dziurę w nagim jądrze w 2014 r., Obserwatorium Gemini dało nam możliwość zbadania tego pomysłu”.

Dzięki nowym danym obserwacyjnym z Obserwatorium Gemini i zdjęciom z Kosmiczny teleskop HubblePechetti, Seth i ich zespół obliczyli rozkład masy w obiekcie, modelując jego profil świetlny. Gromada sferyczna ma charakterystyczny profil optyczny o tym samym kształcie w pobliżu środka, co w obszarach zewnętrznych. B023-G078 jest inny. Światło w środku jest zaokrąglone, a następnie bardziej płaskie, przesuwając się na zewnątrz. Zmienia się również skład chemiczny gwiazd, przy czym gwiazdy mają więcej ciężkich pierwiastków w centrum niż te w pobliżu krawędzi obiektu.

Gromady kuliste gwiazd powstają zasadniczo w tym samym czasie. W przeciwieństwie do tego, te nagie jądra mogą zawierać częste pierścienie formacyjne, w których gaz wpada do centrum galaktyki, tworząc gwiazdy. A inne gromady gwiazd mogą zostać wciągnięte do centrum przez siły grawitacyjne galaktyki” – powiedział Seth – „To rodzaj pustkowia dla wielu różnych rzeczy. Zatem gwiazdy w nagich jądrach będą bardziej złożone niż w gromadach kulistych. I to właśnie widzieliśmy w B023-G078”.

Naukowcy wykorzystali rozkład masy ciała, aby przewidzieć, jak szybko gwiazdy powinny poruszać się w dowolnym miejscu w masie i porównali go z danymi. Gwiazdy o największej prędkości krążyły wokół centrum. Kiedy zbudowali model bez czarnej dziury, gwiazdy w centrum były bardzo powolne w porównaniu z ich obserwacjami. Kiedy dodali czarną dziurę, uzyskali prędkości zgodne z danymi. Czarna dziura jest kolejnym dowodem na to, że obiekt ten jest abstrakcyjnym jądrem.

„Prędkości gwiazdowe, które otrzymujemy, dają nam bezpośredni dowód na to, że w samym środku znajduje się jakaś ciemna masa” – powiedział Pechetti. „Gromstrom kulistym bardzo trudno jest utworzyć duże czarne dziury. Ale jeśli znajdują się w nagim jądrze, to rzeczywiście musi istnieć czarna dziura, pozostawiona jako pozostałości po mniejszej galaktyce, która wpadła do większej”.

Naukowcy mają nadzieję dostrzec więcej gołych rdzeni, które mogą zawierać czarne dziury o masie pośredniej. Jest to okazja, aby dowiedzieć się więcej o populacji czarnych dziur w centrach galaktyk o małej masie oraz dowiedzieć się, jak galaktyki są zbudowane z mniejszych cegiełek.

„Wiemy, że duże galaktyki generalnie powstają z połączenia mniejszych galaktyk, ale te nagie jądra pozwalają nam rozszyfrować szczegóły tych wcześniejszych interakcji” – powiedział Seth.

Odniesienie: „Wykryto 100 000 m_⊙. Czarna dziura w najbardziej masywnej gromadzie kulistej M31: Jądro z pływowymi pasami”, Renuka Pechetti, Anil Seth, Sebastian Kamann, Nelson Caldwell, Jay Strader, Mark den Brok, Nora Luetzgendorf, Nadine Neumayer i Karina Voggel, 11 stycznia 2022 r. Dziennik astrofizyczny.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac339f

Inni autorzy to Sebastian Kaman z Liverpool John Moores University. Nelson Caldwell, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics; Jay Strader, Uniwersytet Stanowy Michigan; Mark Den Bruck, Instytut Astrofizyki im. Leibniza, Poczdam; Nora Lutzgendorf, Europejska Agencja Kosmiczna; Nadine Neumayer, Instytut Astronomii im. Maxa Plancka; oraz Karina Vogel, Obserwatorium Astronomiczne w Strasburgu.