Czarna dziura o masie pośredniej czająca się niezauważona w galaktyce karłowatej ujawniła się astronomom, gdy pochłonęła pechową gwiazdę, która zbliżyła się zbyt blisko. Rozdrabnianie gwiazdy, znane jako „zakłócenie pływowe” lub TDE, wytworzyło rozbłysk promieniowania, który na krótko przyćmił połączone światło gwiazdy macierzystej galaktyki karłowatej i może pomóc naukowcom lepiej zrozumieć relacje między czarnymi dziurami a galaktykami.
Rozbłysk został uchwycony przez astronomów w ramach programu Young Supernova Experiment (YSE), badania zaprojektowanego do wykrywania kosmicznych eksplozji i przejściowych zdarzeń astrofizycznych. Międzynarodowy zespół kierowany przez naukowców z UC Santa Cruz, Instytutu Nielsa Bohra na Uniwersytecie Kopenhaskim i Washington State University poinformował o odkryciu w artykule opublikowanym 10 listopada w Nature Astronomy.
„Odkrycie to wywołało powszechne podekscytowanie, ponieważ możemy wykorzystać zakłócenia pływowe nie tylko do znalezienia większej liczby czarnych dziur o masie pośredniej w cichych galaktykach karłowatych, ale także do zmierzenia ich mas” – powiedział współautor Ryan Foley, asystent profesora astronomii i astrofizyki w UC Santa Cruz, który pomógł zaplanować ankietę YSE.
Pierwsza autorka Charlotte Angus z Instytutu Nielsa Bohra powiedziała, że odkrycia zespołu stanowią punkt odniesienia dla przyszłych badań średnich czarnych dziur.
„Fakt, że byliśmy w stanie uchwycić tę średniej wielkości czarną dziurę, podczas gdy pożerała ona gwiazdę, dał nam niezwykłą okazję do wykrycia tego, co inaczej byłoby przed nami ukryte” – powiedział Angus. „Co więcej, możemy wykorzystać właściwości samego rozbłysku, aby lepiej zrozumieć tę nieuchwytną grupę czarnych dziur o średniej masie, które mogą stanowić większość czarnych dziur w centrach galaktyk”.
Supermasywne czarne dziury znajdują się w centrach wszystkich masywnych galaktyk, w tym naszej Drogi Mlecznej. Astronomowie przypuszczają, że te masywne bestie, o masie milionów lub miliardów mas Słońca, mogły wyrosnąć z mniejszych czarnych dziur o pośredniej masie i tysiącach do setek tysięcy mas Słońca.
Jedna z teorii na temat tego, jak powstały takie masywne czarne dziury, mówi, że we wczesnym Wszechświecie szalały małe galaktyki karłowate z czarnymi dziurami o masie pośredniej. Z biegiem czasu te galaktyki karłowate połączyłyby się lub zostały pochłonięte przez bardziej masywne galaktyki, a ich rdzenie łączyłyby się za każdym razem, aby zbudować masę w centrum rosnącej galaktyki. Ten proces łączenia w końcu doprowadziłby do powstania supermasywnych czarnych dziur, które widzimy dzisiaj.
„Jeśli zdołamy zrozumieć populację czarnych dziur o masie pośredniej – ile ich jest i gdzie się znajdują – możemy pomóc w ustaleniu, czy nasze teorie powstawania supermasywnych czarnych dziur są poprawne” – powiedział współautor Enrico Ramirez-Ruiz. , profesor astronomii i astrofizyki na UCSC oraz profesor Niels Bohr na Uniwersytecie w Kopenhadze.
Ale czy wszystkie galaktyki karłowate mają średniej wielkości czarne dziury?
„Trudno to stwierdzić, ponieważ wykrywanie czarnych dziur o masie pośredniej jest niezwykle trudne” – powiedział Ramirez-Ruiz.
Klasyczne techniki polowania na czarne dziury, które polegają na aktywnym odżywianiu czarnych dziur, często nie są wystarczająco czułe, aby odkryć czarne dziury w centrach galaktyk karłowatych. W rezultacie wiadomo, że tylko niewielka część galaktyk karłowatych zawiera czarne dziury o masie pośredniej. Znalezienie większej liczby średnich czarnych dziur z zakłóceniami pływowymi może pomóc w rozstrzygnięciu debaty na temat powstawania supermasywnych czarnych dziur.
„Jednym z największych otwartych pytań w astronomii jest obecnie to, jak powstają supermasywne czarne dziury” – powiedziała współautorka Vivienne Baldassare, profesor fizyki i astronomii na Washington State University.
Dane z Eksperymentu Młodej Supernowej umożliwiły zespołowi wykrycie pierwszych oznak światła, gdy czarna dziura zaczęła pożerać gwiazdę. Uchwycenie tego początkowego momentu miało kluczowe znaczenie dla ustalenia, jak duża była czarna dziura, ponieważ czas trwania tych zdarzeń można wykorzystać do pomiaru masy centralnej czarnej dziury. Ta metoda, która do tej pory działała dobrze tylko w przypadku supermasywnych czarnych dziur, została po raz pierwszy zaproponowana przez Ramirez-Ruiz i współautorkę Brennę Mockler z UC Santa Cruz.
„Ten rozbłysk był niesamowicie szybki, ale ponieważ nasze dane YSE dały nam tak wiele wczesnych informacji o zdarzeniu, byliśmy naprawdę w stanie określić masę czarnej dziury za jego pomocą” – powiedział Angus.
Badanie oparto na danych z obserwatoriów na całym świecie, w tym z Obserwatorium WM Kecka na Hawajach, Nordic Optical Telescope, UC’s Lick Observatory, NASA Hubble Space Telescope, międzynarodowego Obserwatorium Gemini, Palomar Observatory oraz Pan-STARRS Survey at Obserwatorium Haleakala.