Căutarea găurilor negre în galaxiile îndepărtate

Găurile negre sunt fiare ciudate din grădina zoologică cosmică. Acestea vin în două "tipuri": stelare și supermasive. Acum se știe că majoritatea galaxiilor au multe găuri stelare de masă neagră împrăștiate în întreaga lume. De obicei sunt create prin moartea stelelor în explozii de supernove. Uneori se găsesc în sisteme binare, unde o gaură neagră și un pitic alb sau un alt tip de stea fac un dans orbital între ele.

Concepția artistului despre o pălărie cu o gaură neagră (în albastru) cu masă stelară formată probabil atunci când o stea supermasivă s-a prăbușit, alimentându-se din materialul ejectat de o stea din apropiere. ESA, NASA și Felix Mirabel)

Faceți cunoștință cu Behemoths

Cele mai mari găuri negre, supermassivele, sunt ascunse în inimile galaxiilor și conțin masa de milioane sau miliarde de stele. Își petrec cel puțin o parte din timp chiorând materialele din cartierele lor imediate. Cea mai mare parte a găurilor negre supermasive despre care astronomii știu sunt ascunse în galaxii care în sine sunt grupate în grupuri. Cea mai mare găsită până acum are masa de 21 de miliarde de sori și deține curte în miezul unei galaxii din Coma Cluster. Coma este o imensă conglomerație care se află la 336 de milioane de ani-lumină de galaxia Lăptării.

Inima grupului de galaxii Coma; una dintre galaxii conține cea mai masivă gaură neagră găsită vreodată. Această imagine HST dezvăluie galaxii și grupuri globulare asociate cu miezul clusterului. NASA / ESA / STScI

Nu a fost singurul mare acolo. Astronomii au găsit, de asemenea, o gaură neagră de 17 miliarde de masă solară înfiptă în miezul unei galaxii numite NGC 1600, care în sine se află într-o fundă cosmică unde există doar aproximativ 20 de galaxii. Deoarece majoritatea găurilor negre cu adevărat mari trăiesc în „orașele mari” (adică în grupele de galaxii bine populate) găsirea acesteia în bastoanele galactice le spune astronomilor că ceva ciudat trebuia să se fi întâmplat pentru a o crea în galaxia sa actuală.

Galaxii de îmbinare și acumulări de găuri negre

Deci, cum se găsește o groapă neagră monstru într-un grup de galaxii din orașul mic? O posibilă explicație este aceea că s-a contopit cu o altă gaură neagră la un moment dat în trecutul îndepărtat. La începutul istoriei universului, interacțiunile dintre galaxii au fost mult mai frecvente, construindu-se din ce în ce mai mari din cele mai mici.

Coliziunile Galaxy contribuie la formarea unor găuri negre supermasive. Această imagine a telescopului spațial Hubble arată o coliziune numită Antene. Pe parcursul coliziunii, se vor forma miliarde de stele și orice găuri negre centrale din fiecare galaxie ciocnitoare se pot contopi pentru a forma monștri din ce în ce mai mari. NASA / ESA.STScI

Când două galaxii se contopesc, nu numai că stelele lor și gazul și praful se amestecă, dar găurile lor negre centrale (dacă le au și majoritatea galaxiilor o fac) migrează spre miezul galaxiei nou formate, mai masive. Acolo, se orbitează reciproc, devenind ceea ce se numește „gaură neagră binară”. Orice stele sau nori de gaz și praf sunt în pericol dublu de atracția gravitațională a acestor găuri negre. Cu toate acestea, acest material poate fura impulsul din găurile negre (cu condiția să nu cadă în ele). Când se întâmplă asta, stelele scapă, lăsând găurile negre cu mai puțin impuls. Încep să se apropie împreună și, în cele din urmă, se contopesc pentru a crea o gaură neagră. Acesta continuă să crească gâfâind gazul pâlnit către miez pe toată durata coliziunii.

Creșterea unei găuri negre masive

Deci, cum a ajuns gaura neagră a NGC 1600 atât de masivă? Cea mai probabilă explicație este că a fost extrem de foame la un moment dat în viața timpurie, ceea ce a determinat-o să sugă multă gaze și alte materiale.

Acest apetit uriaș poate explica și de ce galaxia gazdă se află într-un grup atât de mic, în comparație cu alte găuri negre super-masive din galaxii din inimile unor grupuri mult mai mari. NGC 1600 este cea mai mare, cea mai masivă galaxie din grupul său. De asemenea, este de trei ori mai strălucitor decât oricare dintre celelalte galaxii din apropiere. Această diferență uriașă de luminozitate nu este ceva ce au văzut astronomi în alte grupuri.

Cea mai mare parte a gazului galaxiei a fost consumată cu mult timp în urmă, când gaura neagră a strălucit ca un quasar strălucitor din materialul care curgea în ea care a fost încălzit în plasmă strălucitoare. În timpurile moderne, gaura neagră centrală a NGC 1600 este relativ liniștită. De fapt, astronomii au numit-o „uriașul adormit”. Aceasta explică de ce nu a fost detectată în studiile anterioare asupra galaxiei. Astronomii s-au împiedicat de acest monstru masiv când măsurau viteza stelelor din apropiere. Câmpul gravitațional intens al găurii negre afectează mișcările și viteza stelelor. Odată ce astronomii au reușit să măsoare acele viteze, au putut apoi determina masa găurii negre.

Cum găsesc astronomii chiar și o gaură neagră?

Astronomii au folosit instrumente speciale la Observatorul Gemeni din Hawai'i pentru a studia lumina care vine de la stelele de lângă gaura neagră din NGC 1600. Unele dintre aceste stele înconjoară gaura neagră, iar această mișcare apare în amprenta luminii stelelor (numită spectru). Alte stele aveau mișcări care par să sugereze că odată s-au aventurat puțin prea aproape de gaura neagră și au fost aruncate gravitațional într-o linie dreaptă mai mult sau mai puțin din miezul galaxiei. Acest lucru are sens de atunci Telescopul spațial Hubble datele au arătat de asemenea că miezul este foarte slab. Te-ai aștepta ca, dacă gaura neagră arunca stele departe de sine. Este posibil ca nucleul NGC 1600 să fi ejectat suficiente stele pentru a face 40 de miliarde de sori. Asta le spune astronomilor că există o gaură neagră destul de puternică și masivă ascunsă în inima acestei galaxii, care se află la aproximativ 209 milioane de ani-lumină de Pământ.

Instrumentele atașate Observatorului Gemeni pot fi folosite pentru a studia amprentele luminii care se scurg din regiunile din jurul găurilor negre, cum ar fi în NGC 1600. Gemini Observatory

Cheie de luat cu cheie

• Gurile negre există de-a lungul multor galaxii. Miele spiralelor și elipticelor conțin, de obicei, găuri negre supermasive.
• Galaxia eliptică NGC 1600 are o gaură neagră destul de masivă în inima sa.
• Astronomii lucrează pentru a înțelege de ce această galaxie are o gaură neagră atât de masivă.

surse

• „O vedere a Giantului Galaxy Elliptic NGC 1600.” HubbleSite - Telescopul - Esențiale Hubble - Despre Edwin Hubble, hubblesite.org/image/3723/news.
• Dunbar, Brian. „Ce este o gaură neagră?” NASA, NASA, 21 mai 2015, www.nasa.gov/audience/forstudents/k-4/stories/nasa-knows/what-is-a-black-hole-k4.html.
• NASA, NASA, science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/black-holes.