Οι αστρονόμοι βρήκαν τις καλύτερες αποδείξεις για τον δράστη μιας κοσμικής ανθρωποκτονίας: μια μαύρη τρύπα μιας φευγαλέας κατηγορίας γνωστής ως “ενδιάμεση μάζα”, η οποία πρόδωσε την ύπαρξή της διαγράφοντας ένα διασκεδαστικό αστέρι που πέρασε πολύ κοντά.
Ζυγίζοντας περίπου 50.000 φορές τη μάζα του Ήλιου μας, η μαύρη τρύπα είναι μικρότερη από τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες (σε εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες) που βρίσκονται στους πυρήνες των μεγάλων γαλαξιών, αλλά μεγαλύτερες από τις μαύρες τρύπες των αστρικών μαζών που σχηματίζονται από την κατάρρευση ενός μαζικού αστέρα.
Αυτές οι αποκαλούμενες μαύρες τρύπες ενδιάμεσης μάζας (IMBHs) είναι ένας μακροχρόνια αναζητούμενος “σύνδεσμος που λείπει” στην εξέλιξη της μαύρης τρύπας. Αν και υπήρξαν μερικοί άλλοι υποψήφιοι για το IMBH, οι ερευνητές θεωρούν αυτές τις νέες παρατηρήσεις τις ισχυρότερες ενδείξεις ακόμη για τις μεσαίες μαύρες τρύπες στο σύμπαν.
Χρειάστηκε η συνδυασμένη ισχύς δύο παρατηρητηρίων ακτίνων Χ και το έντονο όραμα του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble της NASA για να καρφώσει το κοσμικό θηρίο.
“Οι μαύρες τρύπες ενδιάμεσης μάζας είναι πολύ απροσδόκητα αντικείμενα και γι ‘αυτό είναι κρίσιμο να εξετάσουμε προσεκτικά και να αποκλείσουμε εναλλακτικές εξηγήσεις για κάθε υποψήφιο. Αυτό μας επέτρεψε να κάνουμε το Hubble για τον υποψήφιο μας”, δήλωσε ο Dacheng Lin του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης Hampshire, κύριος ερευνητής της μελέτης. Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στις 31 Μαρτίου 2020, στο The Astrophysical Journal Letters .
Η ιστορία της ανακάλυψης διαβάζεται σαν μια ιστορία του Σέρλοκ Χολμς, που περιλαμβάνει την προσεκτική βήμα προς βήμα κατασκευή κτιρίων απαραίτητη για να πιάσει τον ένοχο.
Ο Λιν και η ομάδα του χρησιμοποίησαν το Hubble για να παρακολουθήσουν τα ηνία από το παρατηρητήριο ακτίνων X της Chandra και την αποστολή ακτίνων Χ (XMM-Newton) της ESA (η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος). Το 2006, αυτοί οι δορυφόροι ανίχνευσαν μια ισχυρή έκρηξη ακτίνων Χ, αλλά δεν μπορούσαν να προσδιορίσουν αν προέρχονται από το εσωτερικό ή το εξωτερικό του γαλαξία μας. Οι ερευνητές το απέδωσαν σε ένα αστέρι που χωρίστηκε αφού έρχεται πολύ κοντά σε ένα βαρυτικά ισχυρό συμπαγές αντικείμενο, όπως μια μαύρη τρύπα.
Παραδόξως, η πηγή ακτινών Χ, που ονομάζεται 3ΧΜΜ J215022.4-055108, δεν βρισκόταν στο κέντρο ενός γαλαξία, όπου κανονικά θα έμεναν μαζικές μαύρες τρύπες. Αυτό έφερε στο προσκήνιο την ελπίδα ότι ο IMBH ήταν ο ένοχος, αλλά πρώτα πρέπει να αποκλειστεί μια άλλη πιθανή πηγή ακτινογραφίας: ένα αστέρι νετρονίων στον δικό μας γαλαξία Γαλαξία μας, που ψύχεται αφού ζεσταθεί σε πολύ υψηλή θερμοκρασία. Τα αστέρια ουδετερόνης είναι τα θρυμματισμένα υπολείμματα ενός εκρηκτικού αστέρα.
Το Hubble υποδείχθηκε στην πηγή ακτίνων Χ για να επιλύσει την ακριβή του θέση. Η βαθιά απεικόνιση υψηλής ανάλυσης παρέχει ισχυρή απόδειξη ότι οι ακτίνες Χ δεν προέρχονταν από απομονωμένη πηγή στον γαλαξία μας, αλλά σε ένα μακρινό, πυκνό σύμπλεγμα αστέρων στα περίχωρα ενός άλλου γαλαξία – ακριβώς το είδος της θέσης που οι αστρονόμοι αναμένουν να βρουν IMBH. Η προηγούμενη έρευνα του Hubble έδειξε ότι η μάζα μιας μαύρης τρύπας στο κέντρο ενός γαλαξία είναι ανάλογη με την κεντρική διόγκωση αυτού του γαλαξία. Με άλλα λόγια, όσο πιο μαζικός είναι ο γαλαξίας, τόσο πιο μαζική είναι η μαύρη τρύπα του. Ως εκ τούτου, το σύμπλεγμα αστέρων που φιλοξενεί το 3XMM J215022.4-055108 μπορεί να είναι ο απογυμνωμένος πυρήνας ενός κατώτερου μαζικού νάνου γαλαξία που έχει διαταραχθεί βαρυτικά και μερικώς από τις στενές αλληλεπιδράσεις του με τον σημερινό του μεγαλύτερο ξενιστή γαλαξιών.
Τα IMBHs ήταν ιδιαίτερα δύσκολο να βρεθούν επειδή είναι μικρότερα και λιγότερο ενεργά από τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. δεν έχουν άμεσα διαθέσιμες πηγές καυσίμων ούτε ισχυρή βαρυτική έλξη για να τραβήξουν αστέρια και άλλο κοσμικό υλικό που θα παράγει προειδοποιητικές ακτίνες Χ λάμψη. Οι αστρονόμοι ουσιαστικά πρέπει να πιάσουν ένα IMBH με τα χέρια του για να χτυπήσουν ένα αστέρι. Ο Λιν και οι συνάδελφοί του χτένισαν το αρχείο αρχείων XMM-Newton, ψάχνοντας εκατοντάδες χιλιάδες παρατηρήσεις για να βρουν έναν υποψήφιο IMBH.
Η λάμψη ακτίνων Χ από το τεμαχισμένο αστέρι επέτρεψε στους αστρονόμους να υπολογίσουν τη μάζα των 50.000 ηλιακών μαζών της μαύρης τρύπας. Η μάζα του IMBH υπολογίστηκε με βάση τόσο τη φωτεινότητα των ακτίνων Χ όσο και το φασματικό σχήμα. “Αυτό είναι πολύ πιο αξιόπιστο από τη χρήση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ μόνο, όπως συνήθως γίνεται πριν από προηγούμενους υποψήφιους IMBH”, δήλωσε ο Λιν. “Ο λόγος για τον οποίο μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις φασματικές ιδιότητες για να υπολογίσουμε τη μάζα IMBH για το αντικείμενο μας είναι ότι η φασματική εξέλιξη του έδειξε ότι υπήρξε στην θερμική φασματική κατάσταση, μια κατάσταση που συνήθως παρατηρείται και γίνεται κατανοητή σε συσσωρευμένες μαύρες οπές μαζικής μάζας”.
Αυτό το αντικείμενο δεν είναι το πρώτο που θεωρείται πιθανός υποψήφιος για μια μαύρη τρύπα ενδιάμεσης μάζας . Το 2009 το Hubble συνεργάστηκε με το παρατηρητήριο Swift της NASA και το XMM-Newton της ESA για να προσδιορίσει τι ερμηνεύεται ως IMBH, που ονομάζεται HLX-1, που βρίσκεται στην άκρη του γαλαξία ESO 243-49. Είναι επίσης στο κέντρο μιας νέας, μαζικής συστάδας από μπλε αστέρια που μπορεί να είναι ένας πυρήνας γαλαξίας με νιφάδες. Οι ακτίνες Χ προέρχονται από ένα δίσκο θερμής προσαύξησης γύρω από τη μαύρη τρύπα. “Η κύρια διαφορά είναι ότι το αντικείμενο μας είναι να σκίσουμε ένα αστέρι, παρέχοντας ισχυρές ενδείξεις ότι πρόκειται για μαζική μαύρη τρύπα, αντί για μαύρη τρύπα αστρικών μαζών, όπως οι άνθρωποι συχνά ανησυχούν για προηγούμενους υποψήφιους, συμπεριλαμβανομένου του HLX-1”.
Βρίσκοντας αυτό το IMBH ανοίγει την πόρτα για την πιθανότητα να παραμείνει πολύ πιο κρυμμένη και να μην εντοπιστεί στο σκοτάδι, περιμένοντας να το παραδώσει μακριά από ένα αστέρι που περνά πολύ κοντά. Ο Lin σχεδιάζει να συνεχίσει το σχολαστικό ντετέκτιβ του, χρησιμοποιώντας τις μεθόδους που η ομάδα του αποδείχθηκε επιτυχημένη. Πολλά ερωτήματα παραμένουν προς απάντηση. Μήπως μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα μεγαλώνει από ένα IMBH; Πώς σχηματίζονται τα ίδια τα IMBHs; Είναι τα πυκνά αστέρια συσσωρεύονται το αγαπημένο τους σπίτι;
Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble είναι ένα έργο διεθνούς συνεργασίας μεταξύ της NASA και της ESA (European Space Agency). Το διαστημικό πτήση Goddard Space Flight της NASA στο Greenbelt, Maryland, διαχειρίζεται το τηλεσκόπιο. Το Επιστημονικό Ινστιτούτο Διαστημικού Τηλεσκοπίου (STScI) στη Βαλτιμόρη, Μέριλαντ, διεξάγει επιχειρήσεις επιστήμης Hubble. Το STScI λειτουργεί για τη NASA από την Ένωση Πανεπιστημίων για την Έρευνα στην Αστρονομία στην Ουάσιγκτον, DC
πηγή: NASA, ESA και D. Player (STScI)