Ameerika ja Austraalia astrofüüsikud on avastanud keskmise massiga mustade aukude kandidaadi. Nad said selle nime, kuna nad on tavalistest raskemad - see tähendab, et need, mis tekkisid tähtede - objektide gravitatsioonilise kokkuvarisemise tagajärjel, kuid kergemad kui supermassiivsed mustad augud, mis asuvad tavaliselt suurte galaktikate aktiivsetes tuumades. Ebatavaliste objektide päritolu on endiselt ebaselge. "Lenta.ru" räägib vahemasside mustadest aukudest ja teadlaste avastustest.
Enamik teadlastele teadaolevatest mustadest aukudest - see tähendab, objektid, mida ükski asi ei saa lahkuda (ignoreerides kvantiefekte) - on kas tähtmassi mustad augud või supermassiivsed mustad augud. Nende gravitatsiooniobjektide päritolu on astronoomidele peaaegu selge. Esimene, nagu nende nimigi viitab, tähistab raskete valgustite evolutsiooni viimast etappi, kui nende tuumades lakkavad termotuumareaktsioonid. Nad on nii rasked, et ei muutu valgeteks kääbusteks ega neutrontähtedeks.
Väikesed tähed nagu Päike muutuvad valgeteks kääbusteks. Nende gravitatsioonilise kokkusurumise jõud tasakaalustatakse elektrontuumaplasma elektromagnetilise tagasilöögi abil. Raskemates tähtedes raskusjõudu piirab tuumamaterjali rõhk, mille tulemuseks on neutronitähed. Selliste objektide tuum moodustub neutronvedelikust, mis on kaetud õhukese elektronide ja raskete tuumade plasmakihiga. Lõpuks muutuvad kõige raskemad valgustid mustadeks aukudeks, mida kirjeldab suurepäraselt üldrelatiivsus ja statistiline füüsika.
Globaalne täheparv 47 Toucan
Foto: NASA / ESA / Hubble Heritage
Valge kääbuse massi piirväärtust, mis takistab tal muutumas neutrontäheks, hindas India astrofüüsik Subramanian Chandrasekhar 1932. aastal. See parameeter arvutatakse degenereerunud elektrongaasi ja gravitatsioonijõudude tasakaalutingimuste põhjal. Chandrasekhari piiri praeguseks väärtuseks hinnatakse umbes 1,4 päikesemassi. Neutronitähe massi ülemist piiri, mille juures see ei muutu mustaks auguks, nimetatakse Oppenheimeri-Volkovi piiriks. See määratakse kindlaks degenereerunud neutrongaasi rõhu ja raskusjõu tasakaalutaseme järgi. 1939. aastal said teadlased selle väärtuseks 0,7 päikesemassi; tänapäevased hinnangud jäävad vahemikku 1,5–3,0.
Kõige massiivsemad tähed on Päikesest 200-300 korda raskemad. Reeglina ei ületa tähelt pärit musta augu mass seda suurusjärku. Skaala teises otsas on supermassiivsed mustad augud - need on sadu tuhandeid või isegi kümneid miljardeid kordi raskemad kui Päike. Tavaliselt asuvad sellised koletised suurte galaktikate aktiivsetes keskustes ja mõjutavad neid otsustavalt. Vaatamata asjaolule, et ka supermassiivsete mustade aukude päritolu tekitab palju küsimusi, on tänaseks avastatud piisavalt palju selliseid objekte (rangemini - nende jaoks kandidaate), et mitte kahelda nende olemasolus.
Reklaamvideo:
Näiteks Linnutee keskel, Maast 7,86 kiloparseki kaugusel on galaktika kõige raskem objekt - ülimassiivne must auk Ambur A *, mis on Päikesest üle nelja miljoni korra raskem. Lähedal asuvas suurtes tähesüsteemides, Andromeda udukogu, on veelgi raskem objekt: ülimassiivne must auk, mis on Päikesest tõenäoliselt 140 miljonit korda raskem. Astronoomide hinnangul neelab Andromeda udukogu supermassiivne must auk Linnutee juurest umbes nelja miljardi aasta pärast.
Keskmise massiga must auk (kunstnik on ette kujutanud)
Pilt: CfA / M. Weiss
See mehhanism osutab hiiglaslike mustade aukude moodustamise tõenäosusele - nad lihtsalt imavad kogu ümbritseva aine. Siiski jääb küsimus: kas looduses on olemas keskmiste masside mustad augud - tähe- ja ülikerge vahel? Seda kinnitavad viimaste aastate tähelepanekud, sealhulgas ajakirja Nature värskes numbris avaldatud tähelepanekud. Väljaandes teatasid autorid keskmise massmassiga mustade aukude tõenäolise kandidaadi leidmisest ümmarguse täheparve 47 Toucan (NGC 104) keskel. Hinnangute kohaselt on see Päikesest umbes 2,2 tuhat korda raskem.
Cluster 47 Toucan asub Makaardist 13 tuhande valgusaasta kaugusel Toucan'i tähtkujus. Seda gravitatsiooniliselt seotud valgustite komplekti eristab suur vanus (12 miljardit aastat) ja selliste objektide hulgas eriti kõrge heledus (ainult oomega Centauri järel). NGC 104 sisaldab tuhandeid tähti, mis on piiratud tingimusliku keraga, mille läbimõõt on 120 valgusaastat (kolm suurusjärku väiksem kui Linnutee ketta läbimõõt). Ka 47 Toucanis on umbes paarkümmend pulsrit - neist said teadlaste peamised uurimisobjektid.
Varasemad otsingud NGC 104 kesklinnas musta auku ei õnnestunud. Sellised objektid ilmutavad end kaudselt iseloomulike röntgenkiirte poolt, mis eralduvad neid ümbritsevast akumuleerimiskettast ja mille moodustab kuumutatud gaas. Samal ajal ei sisalda NGC 104 keskus peaaegu üldse gaasi. Teisest küljest saab musta augu tuvastada selle tagajärjel selle läheduses pöörlevatele tähtedele - midagi sellist on võimalik Amburi A * uurimiseks. Kuid ka siin seisid teadlased silmitsi probleemiga - NGC 104 keskpunktis on liiga palju tähti, et nende individuaalsetest liikumistest aru saada.
Pargib raadioteleskoobi
Foto: David McClenaghan / CSIRO
Teadlased on püüdnud mõlemast raskusest üle saada, loobudes samal ajal tavapärastest mustade aukude tuvastamise meetoditest. Esiteks analüüsisid astronoomid kogu globaalse klastri tähtede dünaamikat tervikuna ja mitte ainult neid tähti, mis asuvad selle keskpunkti lähedal. Selleks võtsid autorid andmed 47 Toucan'i valgustite dünaamika kohta, mis koguti Austraalia Parkesi raadiovaatluskeskuse vaatluste käigus. Teadlased kasutasid saadud teavet arvutimudelil N-kehade gravitatsiooniprobleemi raames. See näitas, et NGC 104 keskmes on midagi, mis meenutab omaduste poolest keskmise massiga musta auku. Sellest aga ei piisanud.
Teadlased otsustasid oma leide testida pulsarstide abil - surnud tähtede kompaktsete jäänustega, mille raadiosignaale on astronoomid õppinud üsna hästi jälgima. Kui NGC 104 sisaldab keskmise massiga musta auku, ei saa pulsaatoreid asetada 47 Toucan'i keskpunktile liiga lähedale - ja vastupidi. Nagu autorid eeldasid, kinnitati esimene stsenaarium: pulsaatorite paiknemine NGC 104-s korreleerub hästi asjaoluga, et klastri keskel on keskmise massiga must auk.
Autorid usuvad, et seda tüüpi gravitatsiooniobjektid võivad asuda teiste globaalsete klastrite keskustes - tõenäoliselt seal, kus neid juba on või mida veel ei otsita. See nõuab kõigi nende klastrite hoolikat kaalumist. Millist rolli mängivad keskmise massiga mustad augud ja kuidas need tekkisid? See pole veel kindlalt teada. Hoolimata nende edasise evolutsiooni paljudest võimalustest, usub uuringu kaasautor Bulent Kiziltan, et "need võivad olla algsed seemned, mis kasvasid koletisteks, mida näeme täna galaktikate keskustes".
Juri Sukhov
