small pl CAMK logo

Zawartość wpisu

Data utworzena: ,   Data archiwum:

Czy istnieją czarne dziury o masach pośrednich?

Obserwowane przez astronomów czarne dziury mają masy albo podobne do mas gwiazd, albo są supermasywne, o masach większych niż milion mas Słońca. Czarne dziury o masach gwiazdowych powstają w wyniku ewolucji  masywnych gwiazd. Supermasywne czarne dziury powstały z mniej masywnych czarnych dziur wskutek pochłaniania przez nie materii w procesie zwanym akrecją. Także łączenie się czarnych dziur zawsze prowadzi do powstania czarnej dziury o masie większej niż masa łączących sie składników. W każdym przypadku, można sie spodziewac, że przynajmniej niektóre czarne dziury o masach pośrednich powinny pozostać i byc obserwowane. Żadna jednak nie została odkryta w sposób nie budzący wątpliwości.

Czarne dziury są naprawdę czarne. Możemy jedynie obserwować ich działanie na inne formy materii. Na przykład, gaz spadajacy na czarną dziurę - w procesie akrecji - rozgrzewa się do wysokiej temperatury i emituje silne promieniowanie rentgenowskie. Szereg takich bardzo jasnych źródeł rentgenowskich, zwanych ULX (od angielskiego Ultra Luminous X-ray sources) podejrzewano o to, że zawierają nieuchwytne czarne dziury o masach pośrednich - IMBH (od angielskiego InterMediate Black Holes). ULX są odnajdywane w układach podwójnych, ponieważ tylko gwiazdowy składnik może może dostarczać wymaganą ilość materii, obserwowanej jako źródło promieniowania rentgenowskiego. Samo to promieniowanie wywiera jednak ciśnienie odpychajace tę właśnie materię, która je produkuje. Powyżej pewnej krytycznej wartości, zwanej jasnością Eddingtona, matera zostaje powstrzymana od opadania na czarną dziurę. Jasność Eddingtona jest proporcjonalna do masy akreującego obiektu. Dlatego wyciągano oczywisty wniosek, że obiekty ULX, emitujące promieniowanie stukrotnie przewyższające jasność Eddingtona odpowiadającą jednej masie Słońca mają masy większe niż sto mas Słońca. Przecież akreują i promieniują. Wydawało się, że IMBH zostały w końcu znalezione. Jednak w ubiegłym roku odkryto, iż jedno z najjaśniejszych ULX zawiera pulsara rentgenowskiego, który z pewnością musi być gwiazdą neutronową a nie czarną dziurą (która jako obiekt pozbawiony zewnętrznej struktury nie może pulsować). Masa gwiazdy neutronowej jest tylko trochę większa niż masa Słońca. Niemal w tym samym czasie została zmierzona masa innego ULX i okazało się, że jest mniejsza niż piętnaście mas Słońca. Tak więc, nie tylko odkryto, że ULX nie muszą być IMBH, ale jednocześnie wykazano, że akrecja, której towarzyszy jasność stukrotnie przewyższająca eddingtonowską jest możliwa, skoro się ją obserwuje!

Zwolennikom tezy o istnieniu IMBH pozostała jedna nadzieja: źródło rentgenowskie HXL-1 w galaktyce ESO 243-48, odkryte w 2009 roku przez astronomów z Obserwatorium w Tuluzie. HL oznacza "hyper-luminous", hiper-jasne, ponieważ jego jasność jest 10 000 razy większa od jasności Eddingtona dla jednej masy Słońca. Zatem jego masa mogłaby być równa 10 000 mas Słońca. Obiekt byłby więc prawdziwą czarną dziurą o pośredniej masie.

Obiekt HLX-1 jest zmienny: przez większość czasu jest ledwie widoczny, ale co kilkaset dni rozbłyskuje i w czasie krótszym niż tydzień staje się hiper-jasny. Następnie, w ciągu mniej niż pół roku powraca do stanu spokojnego. Podobne zachowanie obserwuje sie w rozbłyskach przejściowych źródeł rentgenowskich (ang. X-ray transient). W tych przypadkach zjawisko jest wyjaśniane przez niestabilność w dysku akrecyjnym tworzącym się wokół czarnej dziury w takich układach. Charakterystyczne skale czasowe (dni, miesiące) obserwowane podczas rozbłysków przejściowych źródeł rentgenowskich odpowiadają gwiazdowym masom czarnych dziur. Ponieważ te skale silnie zależą od masy, tak krótkie czasy całkowicie wykluczają obecność czarnej dziury o masie 10 000 mas Słońca w HLX-1. Rozbłysk musiałby trwać stulecia, a nie miesiące. Z drugiej strony, w przejściowych źródłach rentgenowskich nigdy nie zaobserwowano super-eddingtonowskich jasności.

Jean-Pierre Lasota z CAMK i Institut D'Astrophysique w Paryżu, Andrew King z Leicester University oraz Guillaume Dubus z Grenoble Observatory w pracy: "X-ray Transients: Hyper- or Hypo-Luminous?" zaproponowali rozwiązanie tej sprzeczności pomiędzy czasem i jasnością. Pokazali, że HLX-1 może należeć do nowej klasy układów: super-eddingtonowskich przejściowych źródeł rentgenowskich, a masa jego czarnej dziury może wynosić zaledwie kilka mas Słońca. Autorzy sugerują, że inne ULX należą do tej nowej kategorii źródeł rentgenowskich. Jeśli zostanie to potwierdzone, będzie gwoździem do trumny tezy o czarnych dziurach o pośrednich masach, występujących w rentgenowskich układach podwójnych.

Archiwa


Kategorie