Američki i australijski astrofizičari otkrili su kandidata za crne rupe srednje mase. To su ime dobili po tome što su teži od običnih - to su oni koji nastaju kao posljedica gravitacijskog kolapsa zvijezda - objekata, ali lakši od supermasivnih crnih rupa, obično smještenih u aktivnim jezgrama velikih galaksija. Podrijetlo neobičnih predmeta još uvijek nije jasno. "Lenta.ru" govori o crnim rupama srednje mase i otkriću znanstvenika.
Većina crnih rupa poznatih znanstvenicima - to su predmeti koje nikakva stvar ne može ostaviti (zanemarujući kvantne efekte) - ili crne rupe zvjezdane mase ili supermasivne crne rupe. Podrijetlo ovih gravitacijskih objekata astronomima je otprilike jasno. Prvi, kao što im ime govori, predstavljaju posljednju fazu u razvoju teških svjetala, kada u njihovoj dubini prestaju termonuklearne reakcije. Toliko su teški da se ne pretvaraju u bijele patuljke ili neutronske zvijezde.
Male zvijezde poput Sunca pretvaraju se u bijele patuljke. Njihova sila gravitacijskog kompresije uravnotežena je elektromagnetskim odbijanjem elektro-nuklearne plazme. U težim zvijezdama gravitacija je ograničena pritiskom nuklearne materije, što rezultira neutronskim zvijezdama. Jezgra takvih objekata tvori neutronska tekućina koja je prekrivena tankim plazma slojem elektrona i teškim jezgrama. Napokon, najteža svjetla pretvaraju se u crne rupe, što savršeno opisuje opća relativnost i statistička fizika.
Kuglasta zvjezdana skupina 47 Toucan
Foto: NASA / ESA / Hubble Heritage
Graničnu vrijednost mase bijelog patuljka, koja mu sprečava da se pretvori u neutronsku zvijezdu, indijski astrofizičar Subramanian Chandrasekhar procijenio je 1932. godine. Ovaj se parametar izračunava iz ravnotežnog stanja degeneriranog elektronskog plina i gravitacijskih sila. Trenutna vrijednost Chandrasekharjeve granice procjenjuje se na oko 1,4 solarne mase. Gornja granica mase neutronske zvijezde, pri kojoj se ona ne pretvara u crnu rupu, naziva se granica Oppenheimer-Volkov. Određuje se iz ravnotežnog stanja tlaka degeneriranog neutronskog plina i sila gravitacije. 1939. godine, znanstvenici su je dobili u vrijednosti od 0,7 sunčevih masa, a suvremene procjene kreću se od 1,5 do 3,0.
Najmasovnije zvijezde su 200-300 puta teže od Sunca. U pravilu masa crne rupe koja potječe od neke zvijezde ne prelazi ovaj red veličine. Na drugom kraju ljestvice nalaze se supermasivne crne rupe - one su stotine tisuća ili čak desetke milijardi puta teže od Sunca. Takva se čudovišta obično nalaze u aktivnim središtima velikih galaksija i na njih presudno utječu. Unatoč činjenici da podrijetlo supermasivne crne rupe također postavlja mnoga pitanja, do danas je otkriveno dovoljno takvih predmeta (strože - kandidati za njih) kako ne bi posumnjali u njihovo postojanje.
Promotivni video:
Na primjer, u središtu Mliječnog puta, na udaljenosti od 7,86 kiloparseka od Zemlje, najteži je objekt u Galaksiji - supermasivni crni otvor Strijelac A *, koji je više od četiri milijuna puta teži od Sunca. U obližnjem velikom sustavu zvijezda, maglici Andromeda, još je teži objekt: supermasivna crna rupa, koja je vjerojatno 140 milijuna puta teža od Sunca. Astronomi procjenjuju da će za oko četiri milijarde godina supermasivna crna rupa iz maglice Andromeda progutati jednu s Mliječnog puta.
Crna rupa srednje mase (zamisli umjetnik)
Slika: CfA / M. Weiss
Ovaj mehanizam ukazuje na najvjerojatniji način formiranja divovskih crnih rupa - oni jednostavno apsorbiraju svu materiju oko sebe. Međutim, ostaje pitanje: postoje li u prirodi crne rupe usrednjih masa - između zvjezdanih i superjakih? Promatranja posljednjih godina, uključujući i ona objavljena u nedavnom broju časopisa Nature, to potvrđuju. U publikaciji su autori izvijestili o otkriću vjerojatnog kandidata za srednje masne crne rupe u središtu kuglaste zvijezde 47 Toucan (NGC 104). Procjene pokazuju da je oko 2,2 tisuće puta teža od Sunca.
Klaster 47 Toucan nalazi se 13 tisuća svjetlosnih godina od Zemlje u sazviježđu Toucan. Ovaj set gravitacijsko povezanih svjetiljki odlikuje se velikom starošću (12 milijardi godina) i izrazito velikom svjetlošću među takvim objektima (što je drugo mjesto omega Centauri). NGC 104 sadrži tisuće zvijezda, ograničenih na uvjetnu sferu promjera 120 svjetlosnih godina (tri reda veličine manja od promjera diska Mliječne staze). Također u 47 Toucana nalazi se dvadesetak pulsara - oni su postali glavni predmet istraživanja znanstvenika.
Prethodne pretrage crne rupe u centru NGC 104 bile su neuspješne. Takvi se predmeti otkrivaju neizravno, pomoću karakterističnih rendgenskih zraka koje dolaze iz akrektorskog diska oko njih, formiranog zagrijanim plinom. U međuvremenu, centar NGC 104 ne sadrži gotovo nikakav plin. S druge strane, crna rupa može se otkriti njezinim učinkom na zvijezde koje se vrte u njenoj blizini - nešto poput ovoga moguće je proučavati Strijelca A *. Međutim, i ovdje su se znanstvenici suočili s problemom - centar NGC 104 sadrži previše zvijezda da bi mogli razumjeti njihove pojedinačne pokrete.
Parkovi radio teleskop
Foto: David McClenaghan / CSIRO
Znanstvenici su pokušali zaobići obje poteškoće, istovremeno ne odustajući od uobičajenih metoda otkrivanja crnih rupa. Prvo, astronomi su analizirali dinamiku zvijezda cijelog globularnog skupa kao cjeline, a ne samo onih zvijezda koje su blizu njegovog središta. Da bi to učinili, autori su uzeli podatke o dinamici osvjetljenja 47 Toucana, prikupljene tijekom promatranja Australske radio opservatorije Parkes. Znanstvenici su dobivene informacije iskoristili za računalno modeliranje u okviru gravitacijskog problema N tijela. Pokazalo je da se u središtu NGC 104 nalazi nešto što nalikuje crnoj rupi srednje mase po karakteristikama. Međutim, to nije bilo dovoljno.
Istraživači su odlučili testirati svoja otkrića na pulsarima - kompaktnim ostacima mrtvih zvijezda, radio signale kojih su astronomi prilično dobro naučili pratiti. Ako NGC 104 sadrži crnu rupu srednje mase, pulsari se ne mogu nalaziti preblizu središtu 47 Toucan - i obrnuto. Autori su očekivali, prvi scenarij potvrđen: mjesto pulsara u NGC 104 dobro je povezano s činjenicom da u sredini klastera postoji crna rupa prosječne mase.
Autori vjeruju da se gravitacijski objekti ove vrste mogu nalaziti u središtima drugih kuglastih nakupina - vjerojatno tamo gdje ih već postoje ili još nisu traženi. Ovo će zahtijevati pažljivo razmatranje svakog od tih skupina. Kakvu ulogu igraju crne rupe srednje mase i kako su nastale? Još se ne zna zasigurno. Unatoč mnogim mogućnostima njihove daljnje evolucije, koautor studije Bulent Kiziltan smatra da "oni mogu biti izvorno sjeme koje je preraslo u čudovišta koja danas vidimo u centrima galaksija".
Jurij Suhov