O gaură neagră extraordinară – spre deosebire de oricare alta – a fost descoperită într-o galaxie vecină

Impresia acestui artist despre o gaură neagră. Credit: ESA/Hubble, ESO, M. Kornmesser

Descoperirea, una dintre singurele găuri negre de masă medie confirmate, trăiește într-un obiect la fel de rar cunoscut sub numele de nucleu gol de masă mică.

Astronomii au descoperit a Gaură neagră De neegalat. La o sută de mii de mase solare, ele sunt mai mici decât găurile negre pe care le-am găsit în centrele galaxiilor, dar mai mari decât găurile negre care se nasc atunci când stelele explodează. Aceasta o face una dintre singurele găuri negre de masă medie confirmate, ceva ce astronomii l-au căutat de mult timp.

„Avem descoperiri foarte bune ale celor mai mari găuri negre cu masă stelară, care au până la 100 de ori dimensiunea soarelui nostru și găuri negre supermasive în centrele galaxiilor, care sunt de milioane de ori mai mari decât soarele nostru, dar nu există măsurători de culoare neagră între acestea”, a spus autorul senior Anil Seth, profesor de astronomie la Universitatea din Utah și coautor al studiului, „Acesta este un gol uriaș.” „Această descoperire umple golul”.

Galaxia Andromeda, sau M31, este cea mai mare galaxie a Căii Lactee. Credit: NASA/JPL-Caltech

Gaura neagră a fost ascunsă în B023-G078, un grup de stele masiv din galaxia noastră vecină cea mai apropiată, Andromeda. Crezut mult timp a fi un cluster stelar globular, cercetătorii au susținut că B023-G078 este, în schimb, un nucleu gol. Miezurile goale sunt rămășițele unor galaxii mici care au căzut în galaxii mai mari și au fost îndepărtate de stelele lor exterioare de forțele gravitaționale. Ceea ce rămâne este un miez mic și dens care orbitează în jurul galaxiei mai mari și în centrul acelui nucleu, o gaură neagră.

„Anterior, am găsit găuri negre supermasive în interiorul nucleelor ​​masive, abstracte, mult mai mari decât B023-G078. Am învățat că trebuie să existe găuri negre mai mici”, a spus autorul principal Rinuka Besheti de la Universitatea Liverpool John Moores, care a început cercetarea în timp ce se afla în Statele Unite ale Americii, în nuclee de masă mică, dar nu a existat nicio dovadă directă. „Este un caz clar că am găsit în sfârșit unul dintre aceste lucruri”.

cel studiu a fost Postat pe 11 ianuarie 2022, în Jurnalul de astrofizică.

Panoul din stânga arată o imagine la scară mare a lui M31 cu pătratul roșu și inserția care arată locația și imaginea lui B023-G78 unde a fost găsită gaura neagră. Credit: Iván Éder, https://www.astroeder.com/; HST ACS / HRC

O bănuială care durează decenii

B023-G078 este cunoscut ca un grup de stele globulare masiv – un grup globular de stele puternic legate de gravitație. Cu toate acestea, o singură observație a obiectului i-a determinat masa totală, aproximativ 6,2 milioane de mase solare. Ani de zile, Seth a avut sentimentul că este altceva.

„Știam că obiectul B023-G078 este unul dintre cele mai masive obiecte din Andromeda și m-am gândit că ar putea fi un candidat pentru un nucleu abstract. Dar aveam nevoie de date pentru a demonstra acest lucru”, a spus Seth. Întotdeauna sugestiile mele.” a descoperit o gaură neagră supermasivă în interiorul unui nucleu gol în 2014, Observatorul Gemeni ne-a oferit oportunitatea de a explora ideea.”

Cu noile lor date de observație de la Observatorul Gemeni și imagini de la Telescopul spațial HubblePechetti, Seth și echipa lor au calculat modul în care masa este distribuită în interiorul obiectului prin modelarea profilului luminii acestuia. Clusterul sferic are un profil optic caracteristic de aceeași formă aproape de centru ca în regiunile exterioare. B023-G078 este diferit. Lumina din centru este mai rotundă și apoi mai plată, mișcându-se spre exterior. Compoziția chimică a stelelor se modifică și ea, stelele având mai multe elemente grele în centru decât cele de lângă marginea obiectului.

Grupurile de stele globulare se formează în esență în același timp. În schimb, aceste nuclee goale pot conține inele de formare frecvente, în care gazul cade în centrul galactic, formând stele. Și alte grupuri de stele pot fi atrase în centru de forțele gravitaționale ale galaxiei”, a spus Seth. „Este un fel de pustiu pentru o grămadă de lucruri diferite. Deci, stelele din nucleele goale vor fi mai complexe decât în ​​clusterele globulare. Și asta am văzut în B023-G078.”

Cercetătorii au folosit distribuția de masă a corpului pentru a prezice cât de repede ar trebui să se miște stelele în orice locație dată din masă și au comparat-o cu datele lor. Stelele cu cea mai mare viteză orbitau în jurul centrului. Când au construit un model fără a include o gaură neagră, stelele din centru au fost foarte lente în comparație cu observațiile lor. Când au adăugat gaura neagră, au obținut viteze care se potriveau cu datele. Gaura neagră se adaugă la dovezi că acest obiect este un nucleu abstract.

„Vitezele stelare pe care le obținem ne oferă dovezi directe că există un fel de masă întunecată chiar în centru”, a spus Pechetti. „Este foarte dificil pentru clusterele globulare să formeze găuri negre mari. Dar dacă sunt într-un miez gol, atunci trebuie să existe într-adevăr o gaură neagră, rămasă ca rămășițele unei galaxii mai mici care a căzut în cea mai mare.”

Cercetătorii speră să identifice mai multe miezuri goale care ar putea conține găuri negre de masă intermediară. Aceasta este o oportunitate de a afla mai multe despre populația de găuri negre din centrele galaxiilor de masă mică și de a afla cum sunt construite galaxiile din blocuri mai mici.

„Știm că galaxiile mari se formează în general din fuziunea galaxiilor mai mici, dar aceste nuclee goale ne permit să descifrăm detaliile acelor interacțiuni anterioare”, a spus Seth.

Referință: „Detectat 100.000 M_⊙ Black Hole in M31’s Most Massive Globular Cluster: A Tidally Stripped Nucleus” de Renuka Pechetti, Anil Seth, Sebastian Kamann, Nelson Caldwell, Jay Strader, Mark den Brok, Nora Luetzgendorf, Nadine Neumayer și Karina Voggel, 11 ianuarie 2022, Jurnalul de astrofizică.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac339f

Alți autori includ Sebastian Kaman de la Universitatea John Moores din Liverpool. Nelson Caldwell, Centrul Harvard-Smithsonian pentru Astrofizică; Jay Strader, Universitatea de Stat din Michigan; Mark Den Bruck, Institutul Leibniz pentru Astrofizică, Potsdam; Nora Lutzgendorf, Agenția Spațială Europeană; Nadine Neumayer, Institutul Max Planck pentru Astronomie; și Karina Vogel, Observatorul Astronomic din Strasbourg.