Στον πυρήνα λεπτού γαλαξία βρίσκεται ογκώδης μαύρη τρύπα

Από σελίδα του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας - Berkeley, 11 Απριλίου 2003

Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου Μπέρκλεϋ έχουν αποκαλύψει μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στον πυρήνα ενός λεπτού, σπειροειδούς γαλαξία, ένα εύρημα που έρχεται σε αντίθεση με μια πρόσφατα επινοημένη μέθοδο στην οποία μόνο οι γαλαξίες με διογκωμένους πυρήνες έχουν τέτοιες μαύρες τρύπες.

Ο Alex Filippenko, καθηγητής της αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο Καλιφόρνιας, του Μπέρκλεϋ, και ο Luis Ho, αστρονόμος στα παρατηρητήρια του Ιδρύματος Carnegie της Ουάσιγκτον, στην Πασαντένα, θα συζητήσουν αυτά τα ευρήματα στο Astrophysical Journal Letters της 1ης Μαΐου.

Μια φωτογραφία του σπειροειδούς γαλαξία NGC 4395, που λήφθηκε με το τηλεσκόπιο των 200 ιντσών του Palomar. Ο γαλαξίας NGC 4395 είναι ο λιγότερος φωτεινός και ο πιο κοντινός γαλαξίας Seyfert, μόλις οκτώ εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Προκαλεί έκπληξη, ότι παρά την κατοχή μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στον πυρήνα του, δεν έχει καμία κεντρική διόγκωση.

Οι επιστήμονες βρήκαν ότι ο γαλαξίας NGC 4395, ένας επίπεδος δισκοειδής γαλαξίας (σαν λεπτός δίσκος) χωρίς κεντρική διόγκωση, έχει μια κεντρική μαύρη τρύπα περίπου 10.000 έως 100.000 φορές τη μάζα του ήλιου μας. Αυτό δείχνει ότι άλλοι γαλαξίες, σαν λεπτοί δίσκοι, που θεωρούνταν απαλλαγμένοι από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, μπορούν πράγματι να έχουν στο εσωτερικό τους μία καλά κρυμμένη υπερμεγέθη οπή.

"Η υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στον NGC 4395 είναι η μικρότερη που έχει βρεθεί ποτέ στο κέντρο ενός γαλαξία", λέει ο Filippenko. "Αυτό θα ήταν σύμφωνο με το γαλαξία που έχει μια μικρή διόγκωση. Εντούτοις, εδώ η διόγκωση είναι όχι μόνο μικρή, φαίνεται και να είναι ανύπαρκτη."

Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες κυμαίνονται, χαρακτηριστικά, από εκατομμύρια ως δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου, που επισκιάζουν έτσι τις πιο κοινές αστρικές μαύρες τρύπες, οι οποίες δημιουργούνται από τη βαρυτική κατάρρευση των πυρήνων των μεγάλων αστεριών.

Το NGC 4395 είναι 11 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά στον αστερισμό  του Βόρειου ημισφαιρίου Canes Venatici ("κύνες του κυνηγιού"). Ο γαλαξίας ήταν γνωστός από καιρό ότι εκπέμπει σημαντικά ποσά φωτός, συμπεριλαμβανομένων των ορατών ακτίνων φωτός και Χ, από την κεντρική περιοχή του. Αυτό είναι ένα αποκαλυπτικό σημάδι της παρουσίας μιας γιγαντιαίας μαύρης τρύπας που απορροφά  αρκετή ύλη, δημιουργώντας έτσι ένα στροβιλιζόμενο υπέρθερμο δίσκο προσαύξησης. Ακόμα, δεν είχε ποτέ ανιχνευθεί στο παρελθόν καμία υπερμεγέθη μαύρη τρύπα.

Οι Filippenko και Ho χρησιμοποίησαν το τηλεσκόπιο των 10 μέτρων Keck I  στο όρος Mauna Kea στη Χαβάη και το Αμερικανο-Ιαπωνικό τηλεσκόπιο ASCA ακτίνων-Χ για να καθορίσουν ότι το NGC 4395 έχει πράγματι μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, αν και αλήθεια κατ' ασυνήθιστο τρόπο.

"Εδώ είναι ένα παράδειγμα μιας ογκώδους μαύρης τρύπας που είναι μικρή σε σύγκριση με όλες τις άλλες τις αναφερθείσες προηγουμένως αλλά είναι σίγουρα πιο μεγάλη από τις αστρικές μαύρες τρύπες, και βρίσκεται σε έναν γαλαξία που δεν έχει καμία διόγκωση στο κέντρο του", εξηγεί ο Ho. "Έτσι, η ύπαρξη μιας καλά ανεπτυγμένης διόγκωσης δεν είναι προφανώς ένας απαραίτητος όρος για το σχηματισμό των πολύ μεγάλων, κεντρικών μαύρων τρυπών".

Οι Filippenko και Ho επιβεβαίωσαν το μέγεθος της μάζας χρησιμοποιώντας την τεχνική διασποράς ταχύτητας για να υπολογίσουν τη μάζα των μαύρων τρυπών, και εν συνεχεία διαπίστωσαν ότι αυτό το ισχυρό εργαλείο, που χρησιμοποιείται για τη μάζα των μαύρων οπών, λειτουργεί και σε κλίμακες πολύ χαμηλότερες από όσο προηγουμένως αναμενόταν.

Η διασπορά της ταχύτητας αναφέρεται στο πόσο γρήγορα, κατά μέσον όρο, τα αστέρια σε μια γαλαξιακή κεντρική περιοχή περιστρέφονται γύρω από την κεντρική μαύρη τρύπα. Αν και θεωρητικά προβλέφθηκε από τη δεκαετία του '90, η επιβεβαίωση μιας πολύ στενής σχέσης μεταξύ της διασποράς της ταχύτητας και της μάζας στην υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, ήρθε μόλις το 2000. Αλλά μέχρι τώρα, αυτή η σχέση θεωρήθηκε ότι πάντα ίσχυε για τις μαύρες τρύπες που ζυγίζουν εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια φορές όσο ο ήλιος μας. Χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική στο γαλαξία NGC 4395, οι Filippenko και Ho βρήκαν τη μάζα του ότι ήταν μόνο 66.000 ηλιακές μάζες - σχεδόν τη μισή που βρέθηκε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της φωτεινότητας των ακτίνων X.

Αυτό σημαίνει ότι η σχέση μάζας μαύρης τρύπας / διασπορά ταχύτητας μπορεί να ισχύει ακόμη και στις κλίμακες των σχετικά μικρών συστάδων αστεριών, που περιέχουν μια κεντρική, σχετικά ελαφριά, υπερμεγέθης μαύρη τρύπα, λέει ο Ho.

Οι επιστήμονες επίσης προτείνουν ότι ο γαλαξίας NGC 4395 μπορεί να ανήκει σε εκείνους τους γαλαξίες, στους οποίους θα αναπτυχθεί μια διόγκωση καθώς θα αυξάνεται η μαύρη τρύπα. Οι μετρήσεις της διασποράς ταχύτητας βασίστηκαν σε μια συστάδα αστεριών κοντά στην κεντρική μαύρη τρύπα, μια πιθανή ένδειξη ότι μπορεί να σχηματισθεί μια μέρα μια διόγκωση στο γαλαξία.