Astronomowie znaleźli setki ukrytych czarnych dziur. Mogą być ich nawet biliony

Spis treści:

1. Polowanie na czarne dziury
2. Satelita z lat 80. poprzedniego wieku
3. Droga Mleczna wyglądałaby inaczej

Supermasywne czarne dziury mają masę co najmniej 100 000 razy większą od masy Słońca. Ile takich behemotów znajduje się we Wszechświecie? Astronomowie szacują, że miliardy, a być może nawet biliony. Uważają za prawdopodobne, że supermasywna czarna dziura kryje się w centrum każdej galaktyki.

Precyzyjne ich policzenie jest jednak trudnym zadaniem. Szkopuł polega na tym, że z samej swojej istoty czarne dziury są niewidoczne. Te obiekty stanowią ekstremalnie silne zakrzywienie czasoprzestrzeni, która pochłania całą materię oraz fotony znajdujące się w pobliżu. Czarne dziury nie świecą więc – świecić może tylko wirujący obłok materii gromadzącej się wokół.

Jeśli tak się dzieje, czarną dziurę da się obserwować. Jeśli nie, umyka ona ziemskim instrumentom naukowym. Naukowcy szukają jednak nowych sposobów, które pozwoliłyby im wypatrzeć nawet czarne dziury ukryte za najgęstszymi obłokami materii. Właśnie pochwalili się sukcesem – odkryli setki supermasywnych czarnych dziur dzięki danym zebranym jeszcze w latach 80. poprzedniego wieku.

Polowanie na czarne dziury

Z czarnymi dziurami wiąże się pewien paradoks. Chociaż są z natury ciemne, mogą być również jednymi z najjaśniejszych obiektów we Wszechświecie.

Przypomnijmy sobie wodę w zlewie kręcącą się wokół odpływu. Tak samo na orbitę czarnej dziury wciągana jest otaczająca ją materia. Ekstremalna grawitacja czarnej dziury sprawia, że prędkość wirowania tej materii rośnie. Tarcie powoduje, że obłok silnie się nagrzewa. Po jakimś czasie osiąga temperaturę setek tysięcy stopni i wtedy promieniuje tak jasno, że może przyćmić wszystkie gwiazdy w otaczającej galaktyce. Wcześniej jednak – zanim się nagrzeje – może go w ogóle nie być widać.

Drugi problem to położenie czarnej dziury wraz z obłokiem względem Ziemi. „Obłoki gazu i pyłu, które otaczają jasny centralny dysk, mogą z grubsza przybierać kształt torusa, czyli pączka. Jeśli otwór pączka jest skierowany w stronę Ziemi, jasny centralny dysk w jego wnętrzu jest widoczny. Jeśli nie, dysk pozostaje zasłonięty” – można przeczytać na stronach NASA.

Satelita z lat 80. ubiegłego wieku

Sposobem na wypatrzenie takich czarnych dziur okazało się prowadzenie obserwacji w innym zakresie niż światło widzialne. Torus emituje bowiem światło podczerwone.

Obserwacje kosmicznych źródeł promieniowania podczerwonego prowadził należący do NASA satelita IRAS (Infrared Astronomical Satellite). Satelita ten został wystrzelony na orbitę w 1983 roku i pracował tylko przez 10 miesięcy. Naukowcy przejrzeli teraz archiwalne dane z IRASa i wybrali kandydatki na supermasywne czarne dziury. Następnie zestawili wyniki z danymi zgromadzonymi przez ziemskie teleskopy pracujące w świetle widzialnym (to pozwoliło wyeliminować galaktyki, które zostały fałszywie wzięte za czarne dziury). Oraz z danymi z satelity NuSTAR, który z kolei rejestruje promieniowanie rentgenowskie wysokiej energii (emituje je najbardziej rozgrzana część materii wokół czarnej dziury).

Droga Mleczna wyglądałaby inaczej

Wynik? Naukowcy wytropili setki nowych supermasywnych czarnych dziur, których nie dałoby się dostrzec żadnej inny sposób. Oszacowali też, że około 35% czarnych dziur tego rodzaju może być całkowicie niewidocznych z Ziemi: bo albo ich dyski nie rozgrzały się jeszcze do odpowiednich temperatur, żeby zacząć świecić, albo ich torusy znajdują się względem nas pod złym kątem. Wcześniej uważano, że odsetek wynosi 15%. Możliwe jest jednak – stwierdzili badacze w pracy opublikowanej w czasopiśmie „The Astrophysical Journal” – że sięga nawet 50%.

– Niesamowite, jak przydatne okazały się teleskopy IRAS i NuSTAR w tym projekcie, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że IRAS działał ponad 40 lat temu – stwierdził Peter Boorman, astrofizyk z Caltechu w Pasadenie w Kalifornii, który kierował badaniami. – To pokazuje wartość archiwalnych danych z teleskopów i korzyść płynącą z jednoczesnego wykorzystywania wielu instrumentów oraz zakresów długości fal światła.

Naukowcy są też zdania, że badając supermasywne czarne dziury nową techniką, możemy dowiedzieć się więcej o naszej własnej galaktyce. Czarne dziury wpływają bowiem na wzrost galaktyk, pochłaniając duże ilości materii albo rozpraszając ją.

– Gdyby nie było czarnych dziur, galaktyki byłyby znacznie większe – uważa Poshak Gandhi, profesor astrofizyki na Uniwersytecie w Southampton w Wielkiej Brytanii i współautor badania. – Gdybyśmy nie mieli supermasywnej czarnej dziury w naszej Drodze Mlecznej, na niebie mogłoby być znacznie więcej gwiazd – podsumował naukowiec.

Źródło: space.com, NASA, The Astrophysical Journal

Nasza autorka

Magdalena Salik

Dziennikarka i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Autorka powieści z gatunku fantastyki naukowej, ostatnio wydała „Płomień” i „Wściek”. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com