Američtí a australští astrofyzici objevili kandidáta na středně velké černé díry. Získali toto jméno, protože jsou těžší než obyčejné - to jest ty, které vznikly v důsledku gravitačního kolapsu hvězd - objekty, ale lehčí než superhmotné černé díry, obvykle umístěné v aktivních jádrech velkých galaxií. Původ neobvyklých objektů je stále nejasný. "Lenta.ru" hovoří o černých dírách mezidobí a objevu vědců.
Většina z černých děr známých vědcům - tj. Objekty, které nezáleží na tom, co mohou zanechat (ignorující kvantové efekty) - jsou černé díry hvězdné hmoty nebo superhmotné černé díry. Původ těchto gravitačních objektů je astronomům zhruba jasný. První, jak napovídá jejich název, představuje poslední fázi vývoje těžkých svítidel, kdy termonukleární reakce končí v jejich hloubce. Jsou tak těžké, že se z nich nestávají bílé trpaslíci nebo neutronové hvězdy.
Malé hvězdy, jako je Slunce, se promění v bílé trpaslíky. Jejich síla gravitační komprese je vyvážena elektromagnetickým odpuzováním elektronově jaderné plazmy. U těžších hvězd je gravitace omezena tlakem jaderné hmoty, což vede k neutronovým hvězdám. Jádro takových objektů je tvořeno neutronovou kapalinou, která je pokryta tenkou plazmatickou vrstvou elektronů a těžkých jader. Nakonec se nejtěžší svítidla promění v černé díry, což je dokonale popsáno obecnou relativitou a statistickou fyzikou.
Globulární hvězdokupa 47 Toucan
Fotografie: NASA / ESA / Hubble Heritage
Mezní hodnotu hmotnosti bílého trpaslíka, která mu brání v proměně v neutronovou hvězdu, odhadl v roce 1932 indický astrofyzik Subramanian Chandrasekhar. Tento parametr se počítá z rovnovážného stavu degenerovaného elektronového plynu a gravitačních sil. Aktuální hodnota limitu Chandrasekhar se odhaduje na přibližně 1,4 solárních hmot. Horní mez hmoty neutronové hvězdy, při které se nezmění na černou díru, se nazývá Oppenheimer-Volkovův limit. Je určována z rovnovážného stavu tlaku degenerovaného neutronového plynu a gravitačních sil. V roce 1939 vědci získali hodnotu 0,7 slunečních hmot, moderní odhady se pohybují od 1,5 do 3,0.
Nejhmotnější hvězdy jsou 200-300krát těžší než Slunce. Hmotnost černé díry pocházející z hvězdy zpravidla nepřekračuje tento řád. Na druhém konci stupnice jsou supermasivní černé díry - jsou stovky tisíc nebo dokonce desítky miliardkrát těžší než Slunce. Obvykle se taková monstra nacházejí v aktivních centrech velkých galaxií a mají na ně rozhodující vliv. Přes skutečnost, že původ supermasivních černých děr také vyvolává mnoho otázek, bylo dosud objeveno dost takových objektů (přísněji - kandidátů na ně), aby nebylo pochyb o jejich existenci.
Propagační video:
Například ve středu Mléčné dráhy, ve vzdálenosti 7,86 kiloparsec od Země, se nachází nejtěžší objekt v Galaxii - supermasivní černá díra Střelec A *, která je více než čtyř miliónkrát těžší než Slunce. V blízkém velkém hvězdném systému, mlhovině Andromeda, je ještě těžší objekt: superhmotná černá díra, která je pravděpodobně 140 miliónkrát těžší než Slunce. Astronomové odhadují, že za asi čtyři miliardy let bude supermasivní černá díra z mlhoviny Andromeda spolknout jednu z Mléčné dráhy.
Střední hmota černá díra (představa umělce)
Obrázek: CfA / M. Weiss
Tento mechanismus ukazuje na nejpravděpodobnější formu obřích černých děr - jednoduše absorbují veškerou hmotu kolem nich. Otázkou však zůstává: existují v přírodě černé díry středních hmot - mezi hvězdami a superheavy? Pozorování posledních let, včetně těch, která byla zveřejněna v posledním čísle časopisu Nature, to potvrzují. V publikaci autoři uváděli objev pravděpodobného kandidáta na středně velké černé díry ve středu hvězdokupy 47 Toucan (NGC 104). Odhady ukazují, že je asi 2,2 tisíckrát těžší než Slunce.
Cluster 47 Toucan se nachází 13 tisíc světelných let od Země v souhvězdí Toucan. Tato sada gravitačně vázaných svítidel se vyznačuje velkým věkem (12 miliard let) a extrémně vysokým jasem mezi těmito objekty (sekunda pouze k omega Centauri). NGC 104 obsahuje tisíce hvězd, omezených na podmíněnou kouli o průměru 120 světelných let (o tři řády menší než je průměr disku Mléčné dráhy). Také v 47 Toucanu existuje asi dvacet pulsarů - staly se hlavním předmětem výzkumu vědců.
Předchozí hledání černé díry ve středu NGC 104 bylo neúspěšné. Takové objekty se odhalují nepřímým způsobem, charakteristickými rentgenovými paprsky vyzařujícími z narůstajícího disku kolem nich, tvořeným zahřátým plynem. Mezitím centrum NGC 104 neobsahuje téměř žádný plyn. Na druhou stranu, černá díra může být detekována svým účinkem na hvězdy rotující v jejím okolí - něco takového je možné studovat Střelce A *. Avšak i zde se vědci potýkali s problémem - centrum NGC 104 obsahuje příliš mnoho hvězd, aby bylo možné porozumět jejich individuálním pohybům.
Parkuje radioteleskop
Foto: David McClenaghan / CSIRO
Vědci se pokusili obejít obě obtíže a zároveň neopustili obvyklé metody detekce černých děr. Za prvé, astronomové analyzovali dynamiku hvězd celého globulárního shluku jako celku, a nejen těch hvězd, které jsou blízko jeho středu. Za tímto účelem autoři vzali data o dynamice svítidel 47 Toucan, shromážděných během pozorování radiální observatoří australských parků. Získané informace vědci využili pro počítačové modelování v rámci gravitačního problému N orgánů. Ukázalo se, že ve středu NGC 104 je něco, co se svým vlastnostem podobá černé díře střední hmotnosti. To však nestačilo.
Vědci se rozhodli otestovat svá zjištění na pulsarech - kompaktních zbytcích mrtvých hvězd, rádiových signálech, které se astronomové naučili docela dobře sledovat. Pokud NGC 104 obsahuje černou díru střední hmotnosti, pak pulsary nemohou být umístěny příliš blízko centra 47 Toucan - a naopak. Jak autoři očekávali, byl potvrzen první scénář: umístění pulsarů v NGC 104 dobře koreluje se skutečností, že ve středu shluku je černá díra průměrné hmotnosti.
Autoři se domnívají, že gravitační objekty tohoto druhu mohou být umístěny v centrech jiných globulárních shluků - pravděpodobně tam, kde již jsou nebo dosud nejsou hledány. To bude vyžadovat pečlivé zvážení každé z těchto skupin. Jakou roli hrají černé díry střední hmotnosti a jak vznikly? Zatím to není jisté. Navzdory mnoha možnostem jejich dalšího vývoje studuje spoluautor studie Bulent Kiziltan, že „mohou to být původní semena, která vyrostla v monstra, která dnes vidíme v centrech galaxií.“
Yuri Sukhov