Pułapki grawitacyjne w kosmosie, czarne dziury, występują w różnych rozmiarach. A dokładniej, różne masy, ponieważ wszystkie są nieskończenie małe. Pierwsza odkryta czarna w 1971 roku miała masę 21 razy większą od masy Słońca. Powstał w wyniku eksplozji i kolapsu gwiazdy. Przykłady zupełnie innej klasy czarnych dziur zostały zidentyfikowane w latach 1960-1970. Ważyły miliony do miliardów mas Słońca. Podobnie jak wszystkie supermasywne czarne dziury, znajdują się w centrach głównych galaktyk.

Tak więc czarne dziury mogą być super-duże lub super-małe. Brakującym ogniwem jest czarna o masie pośredniej, ważąca około 100 do 1 mas Słońca. Kilka z nich znaleziono w innych galaktykach. Być może są na drodze do przekształcenia się w supermasywne czarne.

Jądra gromad kulistych gwiazd są terenem łowieckim dla czarnych dziur o masie pośredniej. Są mniejsze od galaktyk i powinny mieć odpowiednio mniejsze czarne dziury. Ponad 150 z tych zbiorów setek tysięcy gwiazd w kształcie śnieżnej kuli krąży wokół naszej galaktyki Drogi Mlecznej, niczym sztuczne satelity wirujące wokół Ziemi. Poszukiwania otworów tylnych o masie pośredniej w tych gromadach były nieuchwytne. Podejrzewana centralna czarna dziura nie może być oczywiście bezpośrednio obserwowana. Astronomowie zbierają poszlaki, obserwując gwiazdy rojące się wokół czarnej dziury. Na podstawie ich prędkości niewidzialną masę centralną można obliczyć za pomocą prostych praw fizyki Newtona.

Śledzenie gwiazd to skrupulatna praca, która została wycięta dla ostrej rozdzielczości i długowieczności Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Astronomowie przeglądający ponad dekadę obserwacji za pomocą Hubble’a pobliskiej gromady kulistej Messier 4 obliczyli, że istnieje bardzo gęsty obiekt centralny o masie około 800 mas Słońca. Jest tak zwarta, że obserwacje wydają się wykluczać alternatywne teorie na temat tego, co dzieje się w sercu gromady.

Astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a przedstawili to, co uważają za jedne z najlepszych dowodów na obecność rzadkiej klasy czarnych “średniej wielkości”, które mogą się w sercu najbliższej kulistej gromady gwiazd względem Ziemi, znajdującej się 6 lat świetlnych stąd.

Podobnie jak intensywne grawitacyjne w strukturze kosmicznej, praktycznie wszystkie czarne wydają się występować w dwóch rozmiarach: małym i ogromnym. Szacuje się, że nasza galaktyka jest zaśmiecona 100 milionami małych czarnych (kilka razy masywniejszych od masy Słońca) utworzonych z eksplodujących gwiazd. Cały wszechświat jest zalany supermasywnymi czarnymi, ważącymi miliony lub miliardy mas Słońca i znajdującymi się w centrach galaktyk.

Długo poszukiwanym brakującym ogniwem jest czarna o masie pośredniej, ważąca od 100 do 100 000 mas Słońca. Jak powstają, gdzie będą spędzać czas i dlaczego wydają się być tak rzadkie?

Astronomowie mają zidentyfikował inne możliwe czarne dziury o masie pośredniej poprzez różnorodne techniki obserwacyjne. Dwaj najlepsi kandydaci — 3XMM J215022.4−055108, którą Hubble pomógł odkryć w 2020 roku, oraz HLX-1, zidentyfikowana w 2009 roku, znajdują się w gęstych gromadach gwiazd na obrzeżach innych galaktyk. Każda z tych możliwych czarnych dziur ma masę dziesiątek tysięcy Słońc i mogła kiedyś znajdować się w centrach galaktyk karłowatych. Obserwatorium rentgenowskie Chandra pomogło również dokonać wielu możliwych pośrednich odkryć czarnych, w tym duża próba w 2018 roku.

Patrząc znacznie bliżej naszego domu, wykryto wiele podejrzanych czarnych dziur o masie średniej masy w gęstych gromadach kulistych gwiazd krążących wokół naszej Drogi Mlecznej. Na przykład w 2008 roku astronomowie z Hubble’a ogłosili podejrzenie obecności czarnej dziury o masie pośredniej w gromadzie kulistej Omega Centauri. Z wielu powodów, w tym potrzeby uzyskania większej ilości danych, te i inne odkrycia czarnych o masie pośredniej nadal pozostają niejednoznaczne i nie wykluczają alternatywnych teorii.

Unikalne możliwości Hubble’a zostały teraz wykorzystane do skupienia się na jądrze gromady kulistej Messier 4 (M4), aby polować na czarne z większą precyzją niż w poprzednich poszukiwaniach.

Zespół Vitral wykrył możliwą czarną dziurę o masie pośredniej o masie około 800 mas Słońca. Podejrzewanego obiektu nie można zobaczyć, ale jego masa jest obliczana poprzez badanie ruchu gwiazd złapanych w jego polu grawitacyjnym, takich jak pszczoły rojące się wokół ula. Pomiar ich ruchu wymaga czasu i dużej precyzji. To tutaj Hubble osiąga to, czego nie może dokonać żaden inny współczesny teleskop. Astronomowie przyjrzeli się 12-letnim obserwacjom M4 z Hubble’a i rozwiązali gwiazdy punktowe.

Jego zespół szacuje, że czarna w M4 może mieć masę nawet 800 razy większą od masy Słońca. Dane z Hubble’a wydają się wykluczać alternatywne teorie dla tego obiektu, takie jak zwarta gromada centralna nierozdzielonych gwiezdnych pozostałości, takich jak gwiazdy neutronowe, lub mniejsze czarne wirujące wokół siebie.

Zgrupowanie zwartych ze sobą obiektów byłoby dynamicznie niestabilne. Jeśli obiekt nie jest pojedynczą czarną o masie pośredniej, wymagałoby to około 40 mniejszych czarnych stłoczonych w przestrzeni o średnicy zaledwie jednej dziesiątej roku świetlnego, aby wytworzyć obserwowane ruchy gwiazd. Konsekwencje są takie, że połączą się i / lub zostaną wyrzuceni w grze międzygwiezdnego pinballa.

Ponieważ czarne dziury o masie pośredniej w gromadach kulistych były tak nieuchwytne, Vitral ostrzega:

info: HubbleSite

Astronomowie udostępnili niedawno nowe zdjęcie galaktyki NGC 4395 wykonane przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Ta stosunkowo rozproszona i słaba galaktyka karłowata znajduje się zaledwie 14 milionów lat świetlnych od Ziemi.

NGC 4395 ma kilka osobliwości, a to nowe zdjęcie przybliża centralny obszar galaktyki, aby uwypuklić tylko jedno z tych dziwactw. NGC 4395 różni się od innych galaktyk karłowatych tym, że w jej centrum znajduje się aktywnie zasilająca się supermasywna czarna dziura. Ale ta czarna dziura jest uważana za jedną z najmasywniejszych supermasywnych, jakie kiedykolwiek wykryto.

Czarna ma masę “zaledwie” 10 000 razy większą od masy Słońca, co czyni ją aż 100 razy mniejszą od innych tego typu obiektów. Czarna dziura jest wykrywalna tylko dzięki promieniowaniu wyrzucającemu z centrum galaktyki, tego jasnego obszaru w lewym dolnym rogu zdjęcia.

NGC 4395 nosi kilka różnych znamion i obrazów w jakich się prezentuje. Jest to galaktyka karłowata ze względu na swój mały rozmiar. Jest uważana za galaktykę spiralną ze względu na jej rozproszone, ale wyraźne ramiona spiralne. Jednak jest również uważana za galaktykę Seyferta, ponieważ zawiera aktywne jądra galaktyczne (AGN), mały obszar w swoim centrum, który jest jaśniejszy niż można to wyjaśnić samą populacją gwiazd. Lecz, ten AGN – zasilany przez supermasywną czarną dziurę – jest jednym z najciemniejszych AGNów jakie obecnie zostały opisane. Jest klasyfikowana jako galaktyka Seyferta, a nie pełnowymiarowy kwazar, ponieważ ilość promieniowania z czarnej nie przytłacza reszty galaktyki.

NGC 4395 jest również wyjątkowa wśród galaktyk Seyferta ze względu na brak zgrubienia galaktycznego, ciasno upakowanej grupy gwiazd często znajdowanej w centrum galaktyki. Astronomowie twierdzą, że czarna “zjadła” większość gwiazd w zgrubieniu i nie ma dużo więcej pożywienia w zasięgu ręki. To powstrzymałoby czarną dziurę przed rozwojem.

Oto kolejne zdjęcie NCG 4395 z Hubble’a, które przybliża jedno z rozmytych ramion spiralnych galaktyki: