Sensacyjne odkrycie. Ta czarna dziura może mieć masę 450 tysięcy mas Słońca

Segue 1 to jedna z bardzo małych galaktyk towarzyszących Drodze Mlecznej.

Czym jest galaktyka Segue 1?

Takie obiekty nazywane są przez astronomów galaktykami karłowatymi. Odkryto ją w 2006 roku dzięki projektowi Sloan Extension for Galactic Understanding and Exploration (SEGUE), który jest częścią przeglądu nieba Sload Digital Skky Survey (SDSS). Początkowo myślano, iż Segue 1 jest gromadą kulistą, dopiero potem ustalono, iż mamy do czynienia z małą galaktyką. Segue 1 znajduje się około 75 tysięcy lat świetlnych od Słońca i oddala się od nas.

Odkrycie supermasywnej czarnej dziury

Galaktyka karłowata Segue 1 ma zbyt mało gwiazd, aby powstrzymać ich rozpraszanie się w przestrzeni kosmicznej. Przez długi czas zakładano, iż to ciemna materia pomaga galaktyce utrzymać się jako jeden obiekt. Jednak naukowcy z dwóch amerykańskich uczelni, Uniwersytetu Teksańskiego w San Antonio oraz Uniwerystetu Teksańskiego w Austin sprawdzili nową hipotezę: zamiast ciemnej materii, galaktykę wspiera supermasywna czarna dziura w centrum Segue 1.

Jak tłumaczy Karl Gebhardt z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin, odkrycie jest rezultatem zadania opracowanego w ramach zajęć dla studentów. Początkowo zadaniem było modelowanie dynamiki grawitacji wewnątrz Segue 1, aby studenci mogli zapoznać się z zaawansowanymi technikami modelowania w badaniach efektów grawitacyjnych. Nieoczekiwanie poskutkowało odkryciem istotnym dla badań nad galaktykami karłowatymi.

Studenci użyli superkomputerów w centrum komputerowym Uniwersytetu Teksańskiego w Austin, aby wygenerować setki tysięcy skomplikowanych modeli. Modele te pokazywały spodziewane trajektorie gwiazd w galaktyce Segue 1 w zależności od obecności czarnej dziury, jej rozmiaru oraz od ilości ciemnej materii i innych czynników. Poszukiwano modelu najlepiej pasującego do obserwacji z W. M. Keck Observatory.

Galaktyka karłowata Segue 1 jest pod silnym wpływem Drogi Mlecznej, która powoduje odzieranie swojej małej towarzyszki z gwiazd. Zewnętrze obszary Segue 1 są więc zdominowane przez te uciekające z galaktyki gwiazdy. Odfiltrowano zatem najpierw populację gwiazd będących pod wpływem Drogi Mlecznej, aby ustalić jaka jest pozostała, nienaruszona część gwiazd. Potem ustalono prędkości i kierunki ruchu tych pozostałych gwiazd.

Okazało się, że gwiazdy w centrum poruszają się szybko po ciasnych okręgach, co jest sugestią istnienia supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki. Natomiast modele, które zawierały dużą proporcję ciemnej materii gorzej zgadzały się z wynikami obserwacji.

Czarna dziura o masie 450 tys. mas Słońca

Ustalono, iż czarna dziura może mieć masę 450 tysięcy mas Słońca. To może być nawet blisko 10 razy więcej niż masa wszystkich gwiazd razem w galaktyce Segue 1. Zaskakujący wynik, bowiem w większości galaktyk centralna czarna dziura nie przekracza masy gwiazd w swojej galaktyce.

Istnieje silna zależność pomiędzy masą czarnej dziury i masą jej galaktyki macierzystej. Jeżeli taka odchyłka od tej zależności jest powszechna w innych galaktykach karłowatych, trzeba będzie na nowo przeanalizować naszą wiedzę o ewolucji tych obiektów.

Jak wytłumaczyć sensacyjne odkrycie?

Jednym z możliwych wytłumaczeń nieoczekiwanego rezultatu jest sytuacja, iż Segue 1 była kiedyś większa, ale Droga Mleczna zabrała jej większość gwiazd. Inna możliwość to podobieństwo do niedawno odkrytego rodzaju galaktyk, zwanych małymi czerwonymi kropkami. Są to wczesne galaktyki znajdujące się w bardzo dalekich odległościach od nas. Uważa się, że małe czerwone kropki wykształciły olbrzymie czarne dziury, ale bardzo mało gwiazd. Gdybyśmy znaleźli pobliską galaktykę o podobnych cechach, bardzo pomogłoby w badaniach tej klasy galaktyk.

Wyniki analiz opublikowano w "The Astrophysical Journal Letters", pierwszym autorem artykułu jest Nathaniel Lujan z Uniwersytetu Teksańskiego w San Antonio.