kozmos.hr
Astronomija

Nova teorija o nastanku crnih rupa srednje mase

NGC 1566
objavljeno

Još 1915. Einstein je predvidio postojanje crnih rupa—objekata u svemiru koji imaju toliku masu (ili, da se nadovežemo na Einsteina, u blizini kojih je prostor-vrijeme toliko zakrivljen) da niti svijetlost ne može pobjeći njihovom gravitacijskom utjecaju. One upravo zato i jesu ‘crne’: mi ne vidimo singularitet u središtu crne rupe koji je izvor te gravitacije, već samo tamno područje oko njega iz kojeg ne dopire nikakva svjetlost.

Astronomi su do sada uočili dva tipa crnih rupa. Prve su crne rupe zvjezdane mase (engl. stellar-mass), koje obično imaju masu od 5 do 30 puta veću od našeg Sunca. Drugi tip su supermasivne crne rupe, koje se nalaze u središtima galaksija, i one mogu imati masu i do nekoliko milijardi puta veću od Sunca. To su dva kraja spektra, i za sada još uvijek nismo uočili crne rupe koje bi se nalazile negdje između—tzv. crne rupe srednje mase (intermediate-mass black holes, ili IMBH-ovi)—i koje bi imale mase nekoliko stotina ili nekoliko tisuća puta veće od Sunca. Najbliže što smo došli sigurnoj detekciji takve crne rupe bilo je 2019. kada smo očitali gravitacijski val za kojeg sumnjamo da je nastao spajanjem dvaju manjih crnih rupa u jednu crnu rupu iznosa 142 solarne mase.

Slika cnre rupe
Einsteinova teorija relativnosti predvidjela je i postojanje objekata u svemiru gdje je gravitacija toliko jaka i prostor-vrijeme toliko iskrivljen da niti svjetlost ne može pobjeći. Prvu sliku crne rupe (na slici) snimili smo tek 2019. Izvor: NASA.

Naime, masa takvih crnih rupa je prevelika da bi one nastale od urušavanja zvijezda, tj. supernovom, kako nastaju crne rupe zvjezdane mase. S druge strane, u područjima ekstremnih uvjeta—područjima iznimno visoke zvjezdane gustoće i gravitacije u centrima galaksija—nastaju isključivo supermasivne crne rupe. Do sada smo pretpostavili tri moguća scenarija u kojima crne rupe srednje mase, ako uopće postoje, mogu nastati: spajanjem manjih crnih rupa, sudarom velikih zvijezda u gusto napućenim regijama svemira, i u sklopu Velikog praska, nakon čega su po toj teoriji prestale nastajati, što bi i objasnilo njihovu rijetkost. Sada imamo i četvrtu mogućnost.

Novo istraživanje koje otvara tu mogućnost provela je NASA sa svojim rendgenskim teleskopom Chandra ranije ove godine. Radi se o teleskopu lansiranom u nižu Zemljinu orbitu 1999. godine u svrhu istraživanja svemira promatranjem X-zraka, tj. elektromagnetskog zračenja valnih duljina od 10 pikometara (10-12 metara) do 10 nanometara (10-9 metara). U sklopu istraživanja, promotreno je preko 100 galaksija koje u svojoj unutrašnjosti, u područjima gusto napućenima zvijezdama, sadrže mnogo crnih rupa zvjezdane mase. Od promotrenih galaksija, čak njih 29 pokazalo je znakove da sadrži crne rupe koje konstantno rastu, i u teoriji takav bi rast trebao omogućiti dostizanje srednje mase.

Galaksije.
Galaksije NGC 1835, NGC 1566, NGC 3344 i NGC 6503 neke su od galaksije promotrene u sklopu istraživanja. Izvor: NASA.

Istraživanje se usredotočilo na vrlo guste skupine zvijezda u blizini galaktičkih središta (ali, značajno, ne u samim središtima), a među tim skupinama, u onima koje su imale veću gustoću zvijezda uočili smo duplo veći broj rastućih crnih rupa. Točnije, ako je gustoća neke skupine zvijezda veća od određene granične vrijednosti, veća je šansa da će neka njezina crna rupa zvjezdane mase početi rasti velikom brzinom uvlačenjem u sebe i razaranjem obližnjih zvijezda. Takvu ekstremnu razinu ‘hranjenja’ crnih rupa zvijezdama nikada prije nismo uočili. U teoriji, kroz takav rast crna rupa bi u jednom trenu trebala doseći srednju masu. No valja naglasiti da je to za sada još uvijek samo pretpostavka i da je dotično istraživanje, premda se temelji na konkretnim opservacijama i podacima, i dalje primarno teoretskog tipa.

Ono što je bitno, doduše, je da se takvi procesi rasta događaju i danas. Ako je teorija u pravu, i ako crne rupe tim putem mogu narasti do srednje mase, to znači da crne rupe srednje mase svakako nisu samo ostaci Velikog praska.

Istraživanje su proveli Vivienne Valadassare et. al., i rad je prihvaćen za objavu u znanstvenom časopisu The Astrophysical Journal. Radna verzija rada dostupna je ovdje.

 


Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr


Izvori:

Baldassare, Vivienne F. et. al. „Massive black hole formation in dense stellar environments: Enhanced X-ray detection rates in high velocity dispersion nuclear star clusters“. ArXiv, 2022. https://arxiv.org/abs/2203.02517 (24.4.2022.).

Mohon, Lee, ur. „Black Holes Raze Thousands of Stars to Fuel Growth“. NASA, 2022. https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/images/black-holes-raze-thousands-of-stars-to-fuel-growth.html (24.4.2022.).

Parks, Jake. „What are intermediate-mass black holes?“. Astronomy.com, 2019. https://astronomy.com/news/2019/07/what-are-intermediate-mass-black-holes (24.4.2022.).

 

Zaljubljenik u astronomiju od malih nogu. Diplomirani anglist. U slobodno vrijeme vjerojatno s frendovima u obližnjem kafiću. U paralelnom svemiru sam nešto od sljedećeg: pomorac, avanturist, fizičar, astronaut, pisac, željezničar.