Międzynarodowy zespół astronomów odkrył skomplikowane mechanizmy powstawania nieuchwytnych czarnych dziur o masach pośrednich. To one stanowią brakujące i rzadko odkrywane ogniwo pośrednie między swoimi mniejszymi krewnymi, gwiezdnymi czarnymi dziurami i supermasywnymi olbrzymami zamieszkującymi centra galaktyk.
Osiągnięcie to jest efektem projektu symulacyjnego DRAGON-II prowadzonego przez Instytut Naukowy Gran Sasso. Naukowcy zaangażowani w badania obliczyli złożone interakcje gwiazd, gwiazdowych czarnych dziur i procesów fizycznych zachodzących wewnątrz gęstych gromad gwiazd, wykazując, że właśnie w takich środowiskach mogą pojawić się czarne dziury o masach do kilkuset mas Słońca.
Poszukiwanie i zrozumienie pochodzenia czarnych dziur o masach pośrednich (IMBH) wciąż pozostaje zagadką. Są one swego rodzaju łącznikiem między dwoma skrajnymi rodzajami czarnymi dziurami. Na jednym końcu obserwujemy gwiezdne czarne dziury, pozostałości po eksplozjach masywnych gwiazd pod koniec ich życia.
Na drugim końcu w centrach galaktyk znajdujemy czarne dziury, miliony, a nawet miliardy razy masywniejsze od Słońca. Powstawanie i rozwój obiektów znajdujących się między nimi nadal stanowi fascynującą zagadkę dla współczesnej astronomii, głównie ze względu na brak jednoznacznego dowodu potwierdzającego istnienie takich czarnych dziur. Astronomowie spodziewają się znaleźć je w gęstych i zatłoczonych gromadach gwiazd.
Obserwuj nas na WhatsAppie! Nie ominie cię żaden artykuł.
„Czarne dziury o masach pośrednich są trudne do obserwacji. Obecne ograniczenia obserwacyjne nie pozwalają nam nic powiedzieć na temat populacji czarnych dziur o masach pośrednich i masach pomiędzy 1000 a 10 000 mas Słońca. Co więcej, nie wiemy, w jaki sposób mogłyby one powstawać.” -wyjaśnia Manuel Arca Sedda z Gran Sasso Science Institute (GSSI) w L’Aquila we Włoszech i główny autor artykułu opublikowanego w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Aby przezwyciężyć to ograniczenie, międzynarodowy zespół kierowany przez Arca Seddę przeprowadził serię symulacji numerycznych gromad gwiazd, znanych jako DRAGON- II. W ramach tego przedsięwzięcia astronomowie odkryli potencjalną ścieżkę powstawania czarnych dziur o masie pośredniej w młodych, gęstych i masywnych gromadach gwiazd.
W tych przełomowych symulacjach trzeba było obliczyć sekwencję złożonych interakcji między normalnymi gwiazdami pojedynczymi i podwójnymi, prowadzących do zderzeń i tworzenia coraz masywniejszych gwiazd, które ostatecznie ewoluują w IMBH. Na tym etapie w te czarne dziury mogą w dalszym ciągu wpadać dodatkowe masywne gwiazdy i czarne dziury, co doprowadzi do wzrostu do kilkuset mas Słońca. Jak się okazuje, żadna pojedyncza ścieżka nie prowadzi do czarnej dziury o masie pośredniej. Zamiast tego astronomowie odkrywają złożoną paletę interakcji.
Symulowane gromady gwiazd zamieszkane były przez nawet milion gwiazd, z których 20-30 proc. stanowiły gwiazdy podwójne. Pod wieloma względami symulowane gromady przypominają faktyczne gromady gwiazd krążące wokół Drogi Mlecznej i innych masywnych galaktyk w naszym bezpośrednim otoczeniu.
Śledząc w tych symulacjach późniejsze losy czarnej dziury o masie pośredniej, astronomowie zidentyfikowali burzliwy okres charakteryzujący się energicznymi interakcjami z innymi gwiazdami i gwiazdowymi czarnymi dziurami, które mogą prowadzić do szybkiego wyrzucenia jej z gromady macierzystej, zwykle w ciągu kilkuset milionów lat.
Wyrzut ten skutecznie ogranicza dalszy wzrost takiego obiektu. Modele obliczeniowe ujawniają, że choć pierwotne IMBH w naturalny sposób powstają w wyniku energetycznych interakcji gwiazd w gromadach gwiazd, ich tendencja do osiągania większych mas przekraczających kilkaset mas Słońca, zależy od zagęszczenia gwiazd w jej otoczeniu.
Niemniej jednak kluczowa zagadka naukowa pozostaje nierozwiązana: czy czarne dziury o masie pośredniej służą jako brakujące ogniwo między ich mniejszymi gwiezdnymi odpowiednikami a kolosalnymi supermasywnymi czarnymi dziurami. To pytanie pozostaje na razie bez odpowiedzi.