Az amerikai és ausztrál asztrofizikusok felfedezték a közepes tömegű fekete lyukak jelöltjét. Azért kapta ezt a nevet, mert nehezebbek, mint a szokásosak - azaz azok, amelyek a csillagok gravitációs összeomlása eredményeként képződtek -, de könnyebbek, mint a szupermasszív fekete lyukak, amelyek általában a nagy galaxisok aktív magjában helyezkednek el. A szokatlan tárgyak eredete továbbra sem egyértelmű. A "Lenta.ru" a közbenső tömeg fekete lyukairól és a tudósok felfedezéséről szól.
A tudósok által ismert fekete lyukak többsége - azaz tárgyak, amelyeket bármi sem hagyhat el (figyelmen kívül hagyva a kvantumhatásokat) - vagy csillagtömegű fekete lyukak, vagy szupermasszív fekete lyukak. Ezeknek a gravitációs objektumoknak a származása nagyjából egyértelmű a csillagászok számára. Az első, amint a neve is sugallja, a nehéz lámpatestek evolúciójának utolsó szakaszát reprezentálja, amikor a termonukleáris reakciók mélységükben megszűnnek. Olyan nehézek, hogy nem válnak fehér törpékké vagy neutroncsillagokká.
Az olyan kis csillagok, mint a Nap, fehér törpékké válnak. A gravitációs kompressziós erőt kiegyenlíti az elektron-nukleáris plazma elektromágneses visszatükröződése. Nehezebb csillagokban a gravitációt korlátozza a nukleáris anyag nyomása, ami neutroncsillagokat eredményez. Az ilyen tárgyak magját egy neutron folyadék képezi, amelyet egy vékony plazma elektronréteg és nehéz magok fednek le. Végül, a legnehezebb lámpatest fekete lyukakká alakul, amelyet az általános relativitáselmélet és a statisztikai fizika tökéletesen leír.
Globális csillagfürt 47 Toucan
Fotó: NASA / ESA / Hubble Heritage
A fehér törpe tömegének korlátozó értékét, amely megakadályozza, hogy neutroncsillaggá váljon, 1932-ben becsülte meg az indiai asztrofizikus, szubramaniai Chandrasekhar. Ezt a paramétert a degenerált elektrongáz és a gravitációs erők egyensúlyi körülményei alapján számítják ki. A Chandrasekhar-határérték jelenlegi értéke körülbelül 1,4 napenergiára becsülhető. A neutroncsillagok tömegének felső határát, amelyen nem alakul ki fekete lyuk, Oppenheimer-Volkov határnak nevezzük. A degenerált neutrongáz nyomásának és a gravitációs erők egyensúlyi körülményei alapján határozzák meg. 1939-ben a tudósok értékét 0,7 napenergián kapta meg, a modern becslések szerint 1,5-3,0.
A legtömegebb csillagok 200-300-szor nehezebbek, mint a Nap. A csillagból származó fekete lyuk tömege általában nem haladja meg ezt a nagyságrendot. A skála másik végén szupermasszív fekete lyukak vannak - több százezer vagy akár tíz milliárdszor nehezebb, mint a Nap. Az ilyen szörnyek általában a nagy galaxisok aktív központjában helyezkednek el, és döntő befolyással vannak rájuk. Annak ellenére, hogy a szupermasszív fekete lyukak eredete is sok kérdést vet fel, eddig elegendő ilyen tárgyat fedeztek fel (szigorúbban - rájuk jelöltek), hogy ne kételkedjék létezésükben.
Promóciós videó:
Például, a Tejút közepén, a Földtől 7,86 kiloparsek távolságra van a galaxis legnehezebb tárgya - a szupermasszív fekete lyuk Nyilas A *, amely több mint négymilliószor nehezebb, mint a Nap. A közeli nagy csillagrendszerben az Andromeda köd még nehezebb tárgy: egy szupermasszív fekete lyuk, amely valószínűleg 140 millió alkalommal nehezebb, mint a Nap. A csillagászok becslése szerint körülbelül négy milliárd év alatt az Andromeda ködéből származó szupermasszív fekete lyuk elnyel egy egyet a Tejútból.
Közepes tömegű fekete lyuk (művész elképzelte)
Kép: CfA / M. Weiss
Ez a mechanizmus rámutat az óriási fekete lyukak kialakulásának valószínűségére - egyszerűen csak felszívják a körülöttük lévő összes anyagot. A kérdés azonban továbbra is fennáll: léteznek-e a természetben köztes tömegű fekete lyukak - a csillagok és a szuper-nehézség között? Az utóbbi évek megfigyelései, ideértve a Nature folyóirat legújabb kiadásában közzétett megfigyeléseket, ezt megerősítik. A kiadványban a szerzők beszámoltak egy valószínűsíthető közepes tömegű fekete lyukakról a 47 Toucan gömbös csillagfürt központjában (NGC 104). Becslések szerint ez körülbelül 2,2 ezer alkalommal nehezebb, mint a Nap.
A 47. klaszter Toucan a Földtől 13 ezer fényévre található a Toucan csillagképben. Ez a gravitációhoz kötött világítótestek megkülönböztetik nagy koruk (12 milliárd év) és az ilyen tárgyak rendkívül nagy fényessége között (csak a omega Centauri helyett). Az NGC 104 csillagok ezreit tartalmazza, és egy 120 fényév átmérőjű feltételes gömbre korlátozódik (három nagyságrenddel kisebb, mint a Tejút korongjának átmérője). Szintén 47 Toucan-ban van körülbelül húsz pulzár - ezek váltak a kutatók fő kutatási tárgyává.
Az NGC 104 központjában a fekete lyukkal kapcsolatos korábbi kutatások nem voltak sikeresek. Az ilyen tárgyak közvetett módon mutatják ki magukat a körülöttük lévő melegített gáz által létrehozott akkumulációs korongból származó jellegzetes röntgen sugarakkal. Eközben az NGC 104 központja szinte nem tartalmaz gázt. Másrészről, egy fekete lyuk felfedezhető annak hatására, hogy a csillagok a környékén forognak - ehhez hasonló lehet a Nyilas A * tanulmányozása. A tudósok azonban még itt is szembesültek egy problémával - az NGC 104 központja túl sok csillagot tartalmaz, hogy megértsék az egyes mozgásaikat.
Parkolja a rádiótávcsövet
Fotó: David McClenaghan / CSIRO
A tudósok megpróbálták megkerülni mindkét nehézséget, ugyanakkor nem feladták a fekete lyukak felderítésének szokásos módszereit. Először a csillagászok az egész gömbös klaszter csillagának dinamikáját elemezték, nemcsak a központjához közeli csillagokat. Ehhez a szerzők a 47 Toucan világítótestek dinamikájáról gyűjtöttek adatokat, amelyeket az ausztrál Parkes rádiómegfigyelő intézet megfigyelései során gyűjtöttek. A tudósok a kapott információt számítógépes modellezésre használták az N testek gravitációs problémájának keretein belül. Megmutatta, hogy az NGC 104 közepén van valami, amely jellemzői közepes tömegű fekete lyukra hasonlít. Ez azonban nem volt elég.
A kutatók úgy határoztak, hogy eredményeiket pulzátorokon tesztelik - a halott csillagok kompakt maradványai, amelyek rádiójeleit a csillagászok megtanultak követni. Ha az NGC 104 közepes tömegű fekete lyukat tartalmaz, akkor a pulzátorok nem helyezkedhetnek el túl közel a 47 Toucan 47 középpontjához - és fordítva. A szerzők várakozásai szerint az első forgatókönyvet megerősítették: az impulzusok elhelyezkedése az NGC 104-ben jól korrelál azzal, hogy a klaszter közepén egy átlagos tömegű fekete lyuk van.
A szerzők úgy vélik, hogy az ilyen jellegű gravitációs objektumok más gömbös klaszterek központjában helyezkedhetnek el - valószínűleg ott, ahol már vannak, vagy még nem keresik meg őket. Ehhez ezen klaszterek gondos mérlegelését igényli. Milyen szerepet játszanak a közepes tömegű fekete lyukak és hogyan keletkeztek? Egyelőre még nem ismert. A fejlődésük sokféle lehetősége ellenére, a tanulmány társszerzője, Bulent Kiziltan úgy véli, hogy "ezek lehetnek az eredeti magok, amelyek olyan szörnyekké nőttek, amelyeket ma a galaxisok központjában látunk".
Jurij Sukhov