Ez az illusztráció egy csillag izzó anyagáramot ábrázol, amely darabokra szakadt, miközben egy szupermasszív fekete lyuk felemésztette. Az etető fekete lyukat egy porgyűrű veszi körül, nem úgy, mint egy kisgyermek tányérját étkezés után morzsák. Köszönetnyilvánítás: NASA/JPL-Caltech
Az Arizonai Egyetem csillagászai egy röntgenkilobbanás megfigyeléseit elemezve és elméleti modellekkel illesztve egy végzetes találkozást dokumentáltak egy szerencsétlen csillag és egy közepes tömegű ember között. fekete lyuk.
Bár úgy tűnik, hogy a fekete lyukak és a kisgyermekek nem sok közös vonást mutatnak, egy szempontból rendkívül hasonlóak: mindketten rendetlen evők, és bőséges bizonyítékot szolgáltatnak arra, hogy megtörtént az étkezés.
De míg az egyik tésztaürüléket vagy joghurtfröccsöket hagy maga után, a másik elképesztő arányokat hoz létre. Amikor egy fekete lyuk felfal egy csillagot, az a csillagászok által „árapály-zavarásnak” nevezett eseményt idéz elő. A szerencsétlen csillag felaprítását olyan sugárzási kitörés kíséri, amely hónapokig, sőt évekig felülmúlhatja a fekete lyuk gazdagalaxisában található összes csillag együttes fényét.
Ban megjelent cikkben Az asztrofizikai folyóirat, Sixiang Wen, az Arizonai Egyetem Steward Obszervatóriumának posztdoktori kutatója által vezetett csillagászcsoport a J2150 néven ismert árapály-megszakítási esemény által kibocsátott röntgensugarakat használja fel a fekete lyuk tömegének és forgásának első mérésére. Ez a fekete lyuk egy bizonyos típusú – egy közepes tömegű fekete lyuk –, amely régóta elkerülte a megfigyelést.
"Az a tény, hogy el tudtuk fogni ezt a fekete lyukat, miközben felemésztett egy csillagot, figyelemre méltó lehetőséget kínál annak megfigyelésére, ami egyébként láthatatlan lenne" - mondta Ann Zabludoff, az Egyesült Államok csillagászprofesszora és a lap társszerzője. „Nemcsak, hogy a fénycsillapítás elemzésével jobban megértettük a fekete lyukak ezt a megfoghatatlan kategóriáját, amely valószínűleg a galaxisok középpontjában található fekete lyukak többségéért felelős.”
A J2150 kitörésének megfigyeléséhez használt röntgenadatok újraelemzésével és kifinomult elméleti modellekkel való összehasonlításával a szerzők kimutatták, hogy ez a kitörés valóban egy szerencsétlen csillag és egy közepes tömegű fekete lyuk találkozásából ered. A szóban forgó köztes fekete lyuk tömege különösen alacsony – egy fekete lyukhoz képest –, tömege nagyjából 10,000 XNUMX-szerese a Nap tömegének.
"A halott csillag törmelékei által alkotott belső korong röntgensugárzása lehetővé tette, hogy következtessünk ennek a fekete lyuknak a tömegére és forgására, és köztes fekete lyukak közé soroljuk" - mondta Wen.
Amikor egy csillag túl közel merészkedik egy fekete lyukhoz, a gravitációs erők intenzív dagályokat hoznak létre, amelyek a csillagot gázárammá bontják, ami egy kataklizmikus jelenséget eredményez, amelyet árapály-zavarnak neveznek. Óriási mennyiségű energia szabadul fel, ami bizonyos esetekben árapály-zavart okoz, amely felülmúlja galaxisát. Köszönetnyilvánítás: a NASA Goddard Űrrepülési Központja/Chris Smith (USRA/GESTAR)
Több tucat árapály-megszakítási eseményt figyeltek meg a szupermasszív fekete lyukaknak otthont adó nagy galaxisok központjaiban, és egy maroknyit figyeltek meg olyan kis galaxisok központjaiban is, amelyek köztes fekete lyukakat tartalmazhatnak. A múltbeli adatok azonban soha nem voltak elég részletesek ahhoz, hogy bebizonyítsák, hogy egy egyedi árapály-fáklyát egy közbenső fekete lyuk táplált.
„A modern csillagászati megfigyeléseknek köszönhetően tudjuk, hogy szinte minden olyan galaxis középpontja, amely hasonló vagy nagyobb, mint a miénk. Tejút központi szupermasszív fekete lyukakat tartalmaznak” – mondta Nicholas Stone, a tanulmány társszerzője, a jeruzsálemi Héber Egyetem vezető oktatója. "Ezek a behemótok mérete a Nap tömegének 1-10 milliárdszorosára terjed ki, és erős elektromágneses sugárzási forrásokká válnak, ha túl sok csillagközi gáz esik a közelükbe."
E fekete lyukak tömege szorosan korrelál a befogadó galaxisaik teljes tömegével; a legnagyobb galaxisokban találhatók a legnagyobb szupermasszív fekete lyukak.
"Még mindig nagyon keveset tudunk a Tejútnál kisebb galaxisok középpontjában lévő fekete lyukak létezéséről" - mondta Peter Jonker, a Radboud Egyetem és a SRON Holland Űrkutatási Intézet munkatársa, mindkettő hollandiai. "A megfigyelési korlátok miatt kihívást jelent az 1 millió naptömegnél jóval kisebb központi fekete lyukak felfedezése."
Feltételezett bőségük ellenére a szupermasszív fekete lyukak eredete ismeretlen, és jelenleg sok különböző elmélet verseng a magyarázatukért, Jonker szerint. A közepes tömegű fekete lyukak lehetnek azok a magvak, amelyekből szupermasszív fekete lyukak nőnek ki.
"Ezért, ha jobban megértjük, hány jóhiszemű közbenső fekete lyuk található, segíthet meghatározni, hogy a szupermasszív fekete lyukak kialakulásának mely elméletei a helyesek" - mondta.
Zabludoff szerint még izgalmasabb a J2150 forgásának mérése, amelyet a csoportnak sikerült elérnie. A spinmérés nyomokat tartalmaz a fekete lyukak növekedéséhez, és esetleg a részecskefizikához.
Ennek a fekete lyuknak gyors a pörgése, de nem a lehető leggyorsabb, magyarázta Zabludoff, felvetve azt a kérdést, hogy a fekete lyuk hogyan végződik ebben a tartományban.
„Lehetséges, hogy a fekete lyuk így alakult ki, és azóta sem változott sokat, vagy hogy két közepes tömegű fekete lyuk a közelmúltban egyesült, így létrejött ez” – mondta. "Tudjuk, hogy az általunk mért pörgés kizárja azokat a forgatókönyveket, amelyekben a fekete lyuk hosszú időn keresztül növekszik a folyamatos gázevés vagy sok véletlenszerű irányokból érkező gyors gázfogyasztás miatt."
Ezenkívül a spinmérés lehetővé teszi az asztrofizikusok számára, hogy teszteljék a sötét anyag természetére vonatkozó hipotéziseket, amelyekről úgy gondolják, hogy a világegyetem anyagának nagy részét alkotja. A sötét anyag olyan ismeretlen elemi részecskékből állhat, amelyeket laboratóriumi kísérletekben még nem láttak. A jelöltek között vannak olyan hipotetikus részecskék, amelyeket ultrakönnyű bozonoknak neveznek – magyarázta Stone.
"Ha ezek a részecskék léteznek, és tömegük egy bizonyos tartományba esik, akkor megakadályozzák, hogy egy közepes tömegű fekete lyuk gyorsan forogjon" - mondta. „A J2150 fekete lyuka azonban gyorsan pörög. Tehát a spinmérésünk kizárja az ultrakönnyű bozonelméletek széles osztályát, bemutatva a fekete lyukak földönkívüli részecskefizikai laboratóriumaként való értékét.
A szerzők reményei szerint a jövőben az árapály-kitörések új megfigyelései lehetővé tehetik a csillagászok számára, hogy kitöltsék a fekete lyukak tömegeloszlásának hiányosságait.
"Ha kiderül, hogy a legtöbb törpegalaxis közepes tömegű fekete lyukakat tartalmaz, akkor ezek uralják a csillagok árapály-zavarásának sebességét" - mondta Stone. "Ha ezekből a fáklyákból származó röntgensugárzást elméleti modellekhez igazítjuk, összeszámlálhatjuk a világegyetem közepes tömegű fekete lyukak populációját" - tette hozzá Wen.
Ehhez azonban több árapály-zavaró eseményt kell megfigyelni. Éppen ezért a csillagászok nagy reményeket fűznek az új teleszkópok hamarosan elérhetővé tételéhez, mind a Földön, mind az űrben, beleértve a Vera C. Rubin Obszervatóriumot, más néven a Legacy Survey of Space and Time vagy az LSST-t, amely várhatóan több ezer árapályt fedez majd fel. zavaresemények évente.
Hivatkozás: Sixiang Wen, Peter G. Jonker, Nicholas C. Stone és Ann I. Zabludoff „Tömeg-, forgás- és ultrakönnyű bozonkorlátozások a közepes tömegű fekete lyukból a 3XMM J215022.4–055108 árapály-zavarás eseményben” 6. szeptember Az asztrofizikai folyóirat.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac00b5
Ezt a kutatást pályázati források támogatták NASA és az US-Izrael Binational Science Foundation.
