Astronomowie odkryli najprawdopodobniej najmasywniejszą czarną dziurę we Wszechświecie

Naukowcy odkryli, że najmasywniejsza czarna dziura jaką udało się odkryć do tej pory może znajdować się w niezwykle dużej galaktyce wchodzącej w skład obiektu znanego jako Kosmiczna Podkowa (Cosmic Horseshoe).

.Astronomowie zaobserwowali potencjalnie najmasywniejszą czarną dziurę, jaką kiedykolwiek wykryto. Kosmiczny gigant jest bliski teoretycznej górnej granicy tego, co jest możliwe we Wszechświecie i jest 10 tysięcy razy cięższy niż czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej.

Ten niezwykły obiekt może znajdować się w najbardziej masywnej galaktyce, jaką kiedykolwiek zaobserwowano – która jest galaktyką pierwszego planu w obiekcie znanym jako Kosmiczna Podkowa – jest ona tak duża, że zniekształca czasoprzestrzeń i wypacza przechodzące światło galaktyki tła w gigantyczny pierścień Einsteina w kształcie właśnie podkowy.

W ramach nowego badania opublikowanego w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, astronomowie z University of Portsmouth i Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), odkryli, że rozmiar tej ultramasywnej czarnej dziury może odpowiadać 36 miliardom mas Słońca.

.Naukowcy uważają, że większość galaktyk we Wszechświecie ma supermasywne czarne dziury w swoich centrach, a większe z nich mogą gościć niezwykle masywne obiekty tego typu, znane jako ultramasywne czarne dziury.

„Jest to jedna z 10 najmasywniejszych czarnych dziur, jakie kiedykolwiek odkryto, a być może nawet najmasywniejsza. Większość innych pomiarów masy czarnych dziur jest pośrednia i obarczona dość dużą niepewnością, więc tak naprawdę nie wiemy na pewno, która z nich jest największa. Jednak dzięki naszej nowej metodzie mamy znacznie większą pewność co do masy tego szczególnego obiektu” – mówi Thomas Collett z University of Portsmouth.

Astronomowie wykryli, że najmasywniejsza czarna dziura może ukrywać się w galaktyce pierwszego planu Kosmicznej Podkowy, w odległości około 5 miliardów lat świetlnych od Ziemi, za pomocą kombinacji soczewkowania grawitacyjnego i kinematyki gwiazd (badania ruchu gwiazd w galaktykach oraz prędkości i sposobu, w jaki poruszają się wokół czarnych dziur).

Ta druga metoda pomaga w pomiarze masy czarnych dziur, ale nie jest zbyt skuteczna poza bardzo bliskim Wszechświatem, ponieważ galaktyki wydają się zbyt małe na niebie, aby określić region, w którym znajduje się supermasywna lub ultramasywna czarna dziura. Dodanie soczewkowania grawitacyjnego pomogło badaczom jednak dokładniej przyjrzeć się tego obiektowi. Najmasywniejsza czarna dziura w Cosmic Horseshoe znajduje się w odległości około 5 miliardów lat świetlnych od Ziemi.

„Wykryliśmy wpływ czarnej dziury na dwa sposoby – zmienia ona ścieżkę, jaką pokonuje światło, gdy przechodzi obok niej i powoduje, że gwiazdy w wewnętrznych regionach galaktyki-gospodarza poruszają się niezwykle szybko (prawie 400 kilometrów na sekundę). Łącząc te dwa pomiary, mogliśmy być całkowicie pewni, że ta prawdopodobnie najmasywniejsza czarna dziura jest prawdziwa” – twierdzi Thomas Collett.

„Odkryliśmy tę czarną dziurę, gdy była uśpiona – nie gromadziła aktywnie materiału w momencie obserwacji. Jej wykrycie opierało się wyłącznie na jej ogromnym przyciąganiu grawitacyjnym i wpływie, jaki wywierała na otoczenie. Szczególnie ekscytujące może być to, że metoda ta prawdopodobnie pozwoli nam wykrywać i mierzyć masę tych ukrytych ultramasywnych czarnych dziur w całym Wszechświecie, nawet gdy są one całkowicie nieaktywne” – zaznacza Carlos Melo z Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) w Brazylii.

.Zazwyczaj w przypadku tak odległych systemów pomiary masy czarnej dziury są możliwe tylko wtedy, gdy jest ona aktywna. Ale te szacunki oparte na akrecji często wiążą się ze znacznymi niepewnościami. Nasze podejście, łączące soczewkowanie z dynamiką gwiazd, oferuje bardziej bezpośredni i solidny pomiar, nawet dla tak odległych układów” – dodaje.

Odkrycie może pomóc astronomom zrozumieć związek między supermasywnymi czarnymi dziurami a galaktykami, w których się one znajdują.

„Uważamy, że rozmiary obu tych obiektów są ze sobą ściśle powiązane, ponieważ gdy galaktyki rosną, mogą kierować materię w do centralnej czarnej dziury. Część z niej powiększa ten niezwykle gęsty obiekt, ale duża jej część odbija się w niezwykle jasnym źródle zwanym kwazarem. Kwazary te wyrzucają ogromne ilości energii do swoich galaktyk-gospodarzy, co powstrzymuje kondensację obłoków gazu w nowe gwiazdy” – tłumaczy Thomas Collett.

Jak opisują astronomowie, Droga Mleczna, jest gospodarzem czarnej dziury o masie 4 milionów mas Słońca. Obecnie nie rośnie ona wystarczająco szybko, aby wyrzucać energię jak kwazar, ale badacze wiedzą, że zdarzało się to w przeszłości i może się powtórzyć. Galaktyka Andromedy i Droga Mleczna poruszają się razem i naukowcy zakładają, że połączą się za około 4,5 miliarda lat, co jest najbardziej prawdopodobnym czasem, w którym supermasywna czarna dziura ponownie stanie się kwazarem.

Interesującą cechą układu Cosmic Horseshoe jest to, że galaktyka pierwszego planu należy do tak zwanej grupy skamielin (fossil group). Jest to końcowy stan najbardziej masywnych struktur grawitacyjnie związanych we Wszechświecie, powstających po zapadnięciu się do pojedynczej, niezwykle masywnej galaktyki, bez jasnych towarzyszy.

.„Jest prawdopodobne, że wszystkie supermasywne czarne dziury, które pierwotnie znajdowały się w galaktykach towarzyszących tego obiektu, również połączyły się, tworząc ultramasywną czarną dziurę, którą wykryliśmy. Widzimy więc końcowy stan formowania się galaktyk i końcowy stan formowania się czarnych dziur” – podsumowuje Thomas Collett.

Oprac. EG