Astrofizicienii americani și australieni au descoperit un candidat pentru găuri negre de masă medie. Au primit acest nume pentru că sunt mai grele decât cele obișnuite - adică cele formate ca urmare a colapsului gravitațional al stelelor - obiecte, dar mai ușoare decât găurile negre supermasive, de obicei localizate în nucleele active ale galaxiilor mari. Originea obiectelor neobișnuite este încă neclară. „Lenta.ru” vorbește despre găurile negre ale maselor intermediare și despre descoperirea oamenilor de știință.
Majoritatea găurilor negre cunoscute de oamenii de știință - adică obiecte pe care nu le poate părăsi nici o materie (ignorând efectele cuantice) - sunt fie găuri negre de masă stelară, fie găuri negre supermasive. Originea acestor obiecte gravitaționale este aproximativ clară pentru astronomi. Primele, după cum le numește numele lor, reprezintă etapa finală în evoluția luminilor grele, când reacțiile termonucleare încetează în adâncurile lor. Sunt atât de grele încât nu se transformă în pitici albe sau stele cu neutroni.
Stele mici precum Soarele se transformă în pitici albe. Forța lor de compresiune gravitațională este echilibrată de repulsia electromagnetică a plasmei electron-nucleare. În stelele mai grele, gravitația este constrânsă de presiunea materiei nucleare, rezultând stele neutronice. Nucleul unor astfel de obiecte este format dintr-un lichid neutron, care este acoperit cu un strat subțire plasmatic de electroni și nuclee grele. În cele din urmă, cele mai grele lumini se transformă în găuri negre, ceea ce este perfect descris de relativitatea generală și fizica statistică.
Cluster cu stele globulare 47 Toucan
Foto: NASA / ESA / Hubble Heritage
Valoarea limitativă a masei piticului alb, care o împiedică să se transforme într-o stea cu neutroni, a fost estimată în 1932 de astrofizicistul indian Subramanian Chandrasekhar. Acest parametru este calculat din condiția de echilibru a gazelor electronice degenerate și a forțelor gravitaționale. Valoarea actuală a limitei Chandrasekhar este estimată la aproximativ 1,4 mase solare. Limita superioară a masei unei stele cu neutroni, la care nu se transformă într-o gaură neagră, se numește limita Oppenheimer-Volkov. Este determinat de starea de echilibru a presiunii gazului neutron degenerat și a forțelor de gravitație. În 1939, oamenii de știință au primit valoarea sa la 0,7 mase solare, estimările moderne variază între 1,5 și 3,0.
Cele mai masive stele sunt de 200-300 de ori mai grele decât Soarele. De regulă, masa unei găuri negre originate dintr-o stea nu depășește acest ordin de mărime. La celălalt capăt al scării se află găuri negre supermasive - sunt sute de mii sau chiar zeci de miliarde de ori mai grele decât Soarele. De obicei, astfel de monștri sunt localizați în centrele active ale galaxiilor mari și au o influență decisivă asupra lor. În ciuda faptului că originea găurilor negre supermasive ridică, de asemenea, multe întrebări, până în prezent, suficient de multe astfel de obiecte (mai strict - candidați la acestea) au fost descoperite pentru a nu se îndoia de existența lor.
Video promotional:
De exemplu, în centrul Căii Lactee, la o distanță de 7,86 kiloparsec de fața Pământului, este cel mai greu obiect din Galaxie - gaura neagră supermasivă Săgetătorul A *, care este de peste patru milioane de ori mai grea decât Soarele. În sistemul stelar mare din apropiere, Nebula Andromeda, este un obiect și mai greu: o gaură neagră super-masivă, care este probabil de 140 de milioane de ori mai grea decât Soarele. Astronomii estimează că în aproximativ patru miliarde de ani, o gaură neagră super-masivă din Nebula Andromeda va înghiți una de pe Calea Lactee.
Gaură neagră de masă medie (imaginat de artist)
Imagine: CfA / M. Weiss
Acest mecanism indică cel mai probabil felul în care se formează găuri negre uriașe - pur și simplu absorb toată materia din jurul lor. Cu toate acestea, rămâne întrebarea: există, în natură, găuri negre ale masei intermediare - între stelare și superheavy? Observațiile din ultimii ani, inclusiv cele publicate în numărul recent al revistei Nature, confirmă acest lucru. În publicație, autorii au raportat descoperirea unui candidat probabil pentru găuri negre de masă medie în centrul clusterului cu stele globulare 47 Toucan (NGC 104). Estimările arată că este de aproximativ 2,2 mii de ori mai greu decât Soarele.
Clusterul 47 Toucan este situat la 13 mii de ani lumină de Pământ în constelația Toucan. Acest set de luminare legate gravitațional se distinge prin vechimea sa mare (12 miliarde de ani) și luminozitatea extrem de ridicată între astfel de obiecte (a doua doar pentru omega Centauri). NGC 104 conține mii de stele, limitate la o sferă condițională cu diametrul de 120 de ani-lumină (trei ordine de mărime mai mică decât diametrul discului Calea Lactee). De asemenea, în 47 de Toucan, există aproximativ douăzeci de pulsars - au devenit obiectul principal de cercetare al oamenilor de știință.
Căutările anterioare din centrul NGC 104 pentru o gaură neagră nu au reușit. Astfel de obiecte se dezvăluie într-un mod indirect, de razele X caracteristice emanate de discul de acumulare din jurul lor, format de gazul încălzit. Între timp, centrul NGC 104 nu conține aproape niciun gaz. Pe de altă parte, o gaură neagră poate fi detectată prin efectul său asupra stelelor care se rotesc în vecinătatea sa - ceva de genul acesta este posibil să studieze Săgetătorul A *. Cu toate acestea, chiar și aici, oamenii de știință s-au confruntat cu o problemă - centrul NGC 104 conține prea multe stele pentru a putea înțelege mișcările lor individuale.
Radiotelescopuri parcuri
Foto: David McClenaghan / CSIRO
Oamenii de știință au încercat să se confrunte cu ambele dificultăți, în timp ce nu au abandonat metodele obișnuite de detectare a găurilor negre. În primul rând, astronomii au analizat dinamica stelelor întregului grup globular în ansamblu și nu numai a acestor stele care sunt aproape de centrul său. Pentru a face acest lucru, autorii au preluat date despre dinamica luminilor din 47 de Toucan, colectate în timpul observațiilor observatorului radio australian Parkes. Oamenii de știință au utilizat informațiile obținute pentru modelarea computerului în cadrul problemei gravitaționale a corpurilor N. S-a arătat că în centrul NGC 104 există ceva care seamănă cu o gaură neagră de masă medie a caracteristicilor. Totuși, acest lucru nu a fost suficient.
Cercetătorii au decis să-și testeze descoperirile pe pulsars - resturi compacte de stele moarte, semnalele radio ale căror astronomi au învățat să urmărească destul de bine. Dacă NGC 104 conține o gaură neagră de masă medie, atunci pulsarsele nu pot fi amplasate prea aproape de centrul lui 47 Toucan - și invers. Așa cum era de așteptat autorii, primul scenariu a fost confirmat: localizarea pulsarelor în NGC 104 se corelează bine cu faptul că în centrul clusterului există o gaură neagră de masă medie.
Autorii cred că obiectele gravitaționale de acest fel pot fi localizate în centrele altor grupuri globulare - probabil, acolo unde sunt deja sau nu sunt încă căutate. Acest lucru va necesita o examinare atentă a fiecăruia dintre aceste grupuri. Ce rol joacă găurile negre cu masă intermediară și cum au apărut? Încă nu se știe cu siguranță. În ciuda numeroaselor opțiuni pentru evoluția lor ulterioară, coautorul studiului Bulent Kiziltan consideră că „pot fi semințele originale care au crescut în monștrii pe care îi vedem astăzi în centrele galaxiilor”.
Yuri Sukhov
