Amerikanske og australske astrofysiker har opdaget en kandidat til sorte huller i middel masse. De fik dette navn, fordi de er tungere end almindelige - det vil sige dem, der dannes som et resultat af stjernernes gravitationskollaps - objekter, men lettere end supermassive sorte huller, som normalt er placeret i de aktive kerner i store galakser. Oprindelsen af de usædvanlige genstande er stadig uklar. "Lenta.ru" taler om sorte huller i mellemmasser og opdagelsen af forskere.
De fleste af de sorte huller, som videnskabsmænd kender - det vil sige genstande, som uanset hvad de kan forlade (ignorere kvanteeffekter) - er enten sorte huller i stjernemasse eller supermassive sorte huller. Oprindelsen af disse gravitationsobjekter er nogenlunde klar for astronomer. Den første repræsenterer, som deres navn antyder, det sidste trin i udviklingen af tunge armaturer, når termonukleære reaktioner ophører i deres dybder. De er så tunge, at de ikke bliver til hvide dværge eller neutronstjerner.
Små stjerner som solen bliver til hvide dværge. Deres kraft af tyngdekompression er afbalanceret af den elektromagnetiske frastødelse af det elektron-nukleare plasma. I tyngre stjerner begrænses tyngdekraften af trykket fra nukleare stoffer, hvilket resulterer i neutronstjerner. Kernen i sådanne genstande dannes af en neutronvæske, der er dækket med et tyndt plasmalag af elektroner og tunge kerner. Endelig bliver de tyngste armaturer til sorte huller, som er perfekt beskrevet af generel relativitet og statistisk fysik.
Globular stjerne klynge 47 Toucan
Foto: NASA / ESA / Hubble Heritage
Den begrænsende værdi af massen af den hvide dværg, der forhindrer den i at blive en neutronstjerne, blev estimeret i 1932 af den indiske astrofysiker Subramanian Chandrasekhar. Denne parameter beregnes ud fra ligevægtstilstanden for de degenererede elektrongas- og tyngdekræfter. Den aktuelle værdi af Chandrasekhar-grænsen anslås til ca. 1,4 solmasser. Den øvre grænse for massen af en neutronstjerne, hvor den ikke forvandles til et sort hul, kaldes Oppenheimer-Volkov-grænsen. Det bestemmes ud fra ligevægtstilstanden for trykket af den degenererede neutrongas og tyngdekraften. I 1939 modtog forskere dens værdi ved 0,7 solmasser, moderne estimater spænder fra 1,5 til 3,0.
De mest massive stjerner er 200-300 gange tungere end Solen. Som regel overskrider massen af et sort hul, der stammer fra en stjerne, ikke denne størrelsesorden. I den anden ende af skalaen er supermassive sorte huller - de er hundretusinder eller endda titusindvis af milliarder gange tungere end Solen. Normalt er sådanne monstre beliggende i de aktive centre for store galakser og har en afgørende indflydelse på dem. På trods af det faktum, at oprindelsen af supermassive sorte huller også rejser mange spørgsmål, er der hidtil opdaget nok sådanne genstande (mere strengt - kandidater til dem), så de ikke tvivler på deres eksistens.
Salgsfremmende video:
I midten af Mælkevejen, i en afstand af 7,86 kiloparsecs fra Jorden, er for eksempel det tyngste objekt i Galaxy - det supermassive sorte hul Skytten A *, som er mere end fire millioner gange tungere end Solen. I det nærliggende store stjernesystem, Andromeda-tågen, er et endnu tungere objekt: et supermassivt sort hul, som sandsynligvis er 140 millioner gange tungere end Solen. Astronomer estimerer, at om cirka fire milliarder år vil et supermassivt sort hul fra Andromeda-tågen sluge et fra Mælkevejen.
Mellemhult sort hul (kunstner forestillet sig)
Billede: CfA / M. Weiss
Denne mekanisme peger på den mest sandsynlige måde, som der dannes gigantiske sorte huller - de absorberer simpelthen alt det omkring dem. Spørgsmålet er dog fortsat: findes der i naturen sorte huller i mellemmasser - mellem stjerne og superheavy? Observationer fra de seneste år, inklusive dem, der er offentliggjort i det nylige nummer af tidsskriftet Nature, bekræfter dette. I publikationen rapporterede forfatterne opdagelsen af en sandsynlig kandidat til sorte huller i mellemmasse i midten af den kugleformede stjerneklynge 47 Toucan (NGC 104). Estimater viser, at det er omkring 2,2 tusind gange tungere end Solen.
Cluster 47 Toucan er placeret 13 tusind lysår fra Jorden i stjernebilledet Toucan. Dette sæt tyngdepunktbundne armaturer er kendetegnet ved dets store alder (12 milliarder år) og ekstrem høj lysstyrke blandt sådanne genstande (kun andet omega Centauri). NGC 104 indeholder tusinder af stjerner, begrænset til en betinget kugle, der er 120 lysår i diameter (tre størrelsesordener mindre end diameteren på Mælkevejens disk). Også i 47 Toucan er der omkring tyve pulsarer - de blev det største objekt for forskere af forskning.
Tidligere søgninger efter et sort hul i midten af NGC 104 var ikke succesrige. Sådanne genstande afslører sig på en indirekte måde ved hjælp af de karakteristiske røntgenstråler, der stammer fra akkretionsskiven omkring dem, dannet af den opvarmede gas. I mellemtiden indeholder centrum af NGC 104 næsten ingen gas. På den anden side kan et sort hul detekteres ved dets virkning på stjernerne, der roterer i nærheden - noget lignende er muligt at studere Skytten A *. Men selv her stod forskere over for et problem - centrum af NGC 104 indeholder for mange stjerner til at være i stand til at forstå deres individuelle bevægelser.
Parker radioteleskop
Foto: David McClenaghan / CSIRO
Forskere har forsøgt at omgå begge vanskeligheder, men samtidig ikke opgive de sædvanlige metoder til at opdage sorte huller. Først analyserede astronomer dynamikken i stjernerne i hele den kugleformede klynge som en helhed, og ikke kun de stjerner, der ligger tæt på dens centrum. For at gøre dette tog forfatterne data om dynamikken i armaturerne på 47 Toucan, indsamlet under observationer fra det australske Parkes radioobservatorium. Forskerne brugte den opnåede information til computermodellering inden for rammerne af tyngdeproblemet hos N-legemer. Det viste, at der er noget i centrum af NGC 104, der ligner et sort massivt sort hul i egenskaber. Dette var dog ikke nok.
Forskerne besluttede at teste deres fund på pulsarer - kompakte rester af døde stjerner, hvis radiosignaler astronomer har lært at spore ganske godt. Hvis NGC 104 indeholder et sort hul i medium masse, kan pulsarer ikke placeres for tæt på centrum af 47 Toucan - og omvendt. Som forventet af forfatterne blev det første scenario bekræftet: placeringen af pulsarer i NGC 104 korrelerer godt med det faktum, at der er et sort hul med gennemsnitlig masse i midten af klyngen.
Forfatterne mener, at gravitationsobjekter af denne art kan være placeret i centre for andre kugleformede klynger - sandsynligvis hvor de allerede er eller endnu ikke er søgt. Dette kræver omhyggelig overvejelse af hver af disse klynger. Hvilken rolle spiller sorte huller i mellemmassen, og hvordan opstod de? Det vides endnu ikke med sikkerhed. På trods af de mange muligheder for deres videre udvikling, mener medforfatter Bulent Kiziltan at "de kan være de originale frø, der voksede ud til de monstre, vi ser i dag i galaksernes centre."
Yuri Sukhov