Dodano: 22 grudzień 2020r.

Gdzie się podziała supermasywna czarna dziura?

Tajemnica otaczająca gromadę galaktyk Abell 2261 pogłębia się. W tej ogromnej strukturze brakuje supermasywnej czarnej dziury, która według astronomów powinna mieć masę od 3 do 100 miliardów mas naszego Słońca. Szeroko zakrojone poszukiwania prowadzone za pomocą Chandra X-ray Observatory i Teleskopu Hubble'a nie przyniosły rezultatów.

Gdzie się podziała supermasywna czarna dziura?

 

„Zaginiona” czarna dziura powinna znajdować się w centrum ogromnej gromady galaktyk Abell 2261, która oddalona jest o około 2,7 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Jednak poszukiwania obiektu, które trwają już ponad 20 lat, nie przyniosły żadnych rezultatów.

Poszukiwania brakującej czarnej dziury

Prawie każda duża galaktyka we Wszechświecie ma w swoim centrum supermasywną czarną dziurę, o masie milionów lub miliardów razy większej od naszego Słońca. Ponieważ masa centralnej czarnej dziury zwykle powiązana jest z masą samej galaktyki, astronomowie oczekiwali, że w centrum Abell 2261 znajdą gigantyczny obiekt, jeden z największych we Wszechświecie.

Naukowcy badali już centralny rejon gromady galaktyk Abell 2261 w 1999 i 2004 roku, poszukując dowodów istnienia czarnej dziury. W jądrach galaktyk znajdują się duże ilości pyłów i gazów. Są tam też spore populacje gwiazd. Gdy gazy i pyły lub gwiazdy za bardzo się zbliżą, opadają po spirali w kierunku czarnej dziury rozgrzewając się do ogromnych temperatur i wytwarzając promieniowanie rentgenowski - w taki sposób czarne dziury manifestują swoją obecność. Jednak w centrum gromady Abell 2261 niczego takiego nie zaobserwowano.

W 2018 roku przeprowadzono dłuższe obserwacje z wykorzystaniem Chandra X-ray Observatory. Uzyskane dane analizował zespół prowadzony przez Kayhana Gultekina z University of Michigan. Wyniki badań zostaną opublikowane w czasopiśmie Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego, a obecnie można się z nimi zapoznać online w bazie pre-printów arxiv.org.

Czarna dziura na gigancie?

W centrum gromady galaktyk przeważnie znajduje się galaktyka dominująca na resztą ze swojej gromady. Tak też jest w gromadzie Abell 2261. Centralna i najjaśniejsza galaktyka w gromadzie nosząca nazwę A2261-BCG jest potężną strukturą. Ma około miliarda lat świetlnych średnicy. W porównaniu do niej nasza Droga Mleczna jest około 10 razy mniejsza. Dane z obserwacji optycznych ujawniają, że centrum galaktyki jest napakowane gwiazdami, ale w samym jądrze czarnej dziury nie ma.

Badacze mają jednak pewien trop. Wiadomo, że galaktyki mogą łączyć się ze sobą. Tak samo dzieje się także z czarnymi dziurami. Uczeni rozważali koncepcję, czy galaktyka A2261-BCG nie jest w rzeczywistości połączeniem dwóch lub więcej galaktyk. Kiedy czarne dziury łączą się wytwarzają fale grawitacyjne. Gdyby takie fale zostały wyemitowane silniej z jednego kierunku, cały obiekt mógłby zostać odrzucony w kierunku przeciwnym. Teoretycznie więc czarna dziura mogłaby zostać wyrzucona z dala od centrum galaktyki.

Astronomowie nie znaleźli jednak ostatecznych dowodów na potwierdzenie tej teorii. Nie wiedzą też, czy w centrum obserwowanej galaktyki doszło do zderzenia się supermasywnych czarnych dziur. Do tej pory obserwowano fuzje mniejszych obiektów, dlatego ewentualna fuzja supermasywnych czarnych dziur jest niezwykle interesująca dla naukowców.

Tajemnica bez rozwiązania

Dane z obserwacji optycznych ujawniają, że najgęstsze skupisko gwiazd w galaktyce znajduje się w odległości ponad 2000 lat świetlnych od jej centrum. Podczas łączenia galaktyk supermasywne czarne dziury mogą wpaść we własne oddziaływania grawitacyjne. W takiej sytuacji, jak uważają badacze, czarne dziury z pewnością oddziaływałyby z otaczającymi gwiazdami i wyrzucałyby je ze środka galaktyki. To by tłumaczyło koncentrację gwiazd poza centrum. Taki efekt mogłoby też dać połączenie dwóch supermasywnych czarnych dziur.

Ale w analizowanym obszarze, mimo wielu lat badań, nie udało się znaleźć promieniowania rentgenowskiego, które świadczyłoby o istnieniu tam czarnej dziury. Autorzy doszli więc do wniosku, że albo w centrum gromady Abell 2261 nie ma czarnej dziury, albo wciąga materię zbyt wolno, aby wytworzyć wykrywalny sygnał promieniowania rentgenowskiego, przez co jest dla nas niewidoczna.

Tajemnica lokalizacji gigantycznej czarnej dziury pozostaje nierozwiązana. Mimo że ostatnie poszukiwania zakończyły się niepowodzeniem, dla astronomów pozostaje nadzieja. Po uruchomieniu Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba badania zostaną powtórzone.
 

Źródło: Chandra X-ray Center, fot. X-ray: NASA/CXC/Univ of Michigan/K. Gültekin ; Optical: NASA/STScI and NAOJ/Subaru; Infrared: NSF/NOAO/KPNO; Radio: NSF/NOAO/VLA