Astronomii au descoperit o gaură neagră de masă intermediară. De ce îi pune în mare încurcătură

O echipă de astronomi a anunţat descoperirea unei emisii neobişnuite care a fost provocată de o gaură neagră care devorează o stea din vecinătate, un eveniment de distrugere mareică (TDE) cu atât mai special cu cât gaura neagră implicată pare să facă parte din categoria evazivă a găurilor negre de "masă intermediară", o clasă de obiecte, aflate între găurile negre supermasive şi cele de masă stelară, care îi pune în încurcătură pe astronomi de zeci de ani, notează Agerpres. 

Evenimentele de distrugere mareică se produc atunci când stelele se apropie prea mult de găurile negre supermasive aflate în nucleele galactice, iar forţa gravitaţională enormă a acestor titani cosmici comprimă corpul stelar pe orizontală în timp ce îl întinde pe verticală. Acest fenomen de "spaghetificare" transformă steaua într-un inel de materie înfăşurată în jurul găurii negre. O parte din materia ajunge în gaura neagră după ce trece de orizontul evenimentului în timp ce o altă parte este proiectată în spaţiu la viteze apropiate de cea a luminii sub forma unor jeturi de înaltă energie. Astfel de evenimente pot dura sute de zile sau chiar ani până se încheie.

Această emisie, identificată drept AT2022zod, a fost observată în octombrie 2022 şi a durat mai mult de o lună. Originea sa este galaxia SDSS J105602.80+561214.7, localizată la aproximativ 1,5 miliarde de ani lumină distanţă de Soare. Surprinzător a fost faptul că acest eveniment TDE s-a produs la aproximativ 10.000 de ani lumină de centrul acestei galaxii, unde se află o gaură neagră supermasivă. Acesta a fost primul indiciu că această emisie optică nu este rezultatul activităţii găurii negre supermasive centrale, ci a unei găuri negre de masă intermediară.

"AT2022zod are caracteristicile unei TDE, o erupţie pe care o observăm atunci când o stea este sfâşiată prin interacţiunea cu o gaură neagră. Aceste evenimente nu sunt, în general, frecvente, dar, din moment ce ne aşteptăm la o gaură neagră supermasivă în centrul aproape fiecărei galaxii, este de aşteptat ca evenimentele TDE să fie observate în centrul galaxiei gazdă", a declarat pentru Space.com liderul echipei, Kristen Dage, de la Universitatea Curtin din Australia.

Atunci când sunt observate la distanţe atât de mari, astfel de evenimente durează în general sute de zile, ceea ce face ca durata de puţin peste o lună a evenimentului AT2022zod, din 13 octombrie până în 18 noiembrie, să fie extrem de neobişnuită. "Ne-a intrigat combinaţia dintre faptul că este găzduită de o galaxie eliptică, faimoasă pentru populaţii mari de roiuri stelare, în timp ce este nenucleară şi are o durată scurtă, şi credem că la originea ei s-ar putea afla una dintre evazivele găuri negre cu masă intermediară care ar putea exista în afara centrului galaxiei şi, mai important, deschide o nouă cale pentru a le căuta şi studia", a continuat Dage.

Clasificarea găurilor negre

Se crede că găurile negre supermasive au mase de milioane sau miliarde de ori mai mari decât Soarele, în timp ce găurile negre cu masă stelară, care se formează din stele masive care mor, se crede că au mase de la trei la mai multe sute de ori mai mari decât Soarele. Aceasta clasificare lasă un spaţiu enorm între aceste două tipuri de găuri negre, spaţiu în care se crede că se află găurile negre cu masă intermediară.

Deoarece se crede că găurile negre supermasive cresc prin lanţuri de fuziune între găuri negre cu masivitate din ce în ce mai mare, este rezonabil să presupunem că găurile negre cu masă intermediară joacă un rol cheie în acest proces de creştere. Aceasta înseamnă că găurile negre din acest interval de masă ar trebui să fie omniprezente în cosmos, totuşi astronomilor le-a fost foarte greu să le descopere.

"Cred că este foarte dificil să exagerăm cât de slabi suntem la găsirea găurilor negre cu masă intermediară. Suntem excelenţi la găsirea găurilor negre supermasive şi, datorită detectorilor de unde gravitaţionale LIGO-Virgo-Kagra, ne perfecţionăm tehnica de identificare a găurilor negre cu masă stelară, dar aş putea număra pe degete numărul de candidaţi la găuri negre de masă intermediară care au ajuns la un fel de consens în cadrul comunităţii astronomice", a spus Dage. "Până în acest moment, se ştie că există TDE-uri de la găurile negre intermediare, dar sunt foarte dificil de observat. De cele mai multe ori sunt umbrite de alte activităţi din regiunea centrală a galaxiei".

Astronomii pot distinge între evenimentele TDE cauzate de găurile negre intermediare şi cele generate atunci când găurile negre supermasive distrug stelele, datorită locaţiei în care apar şi duratei acestor evenimente.

"Cu înţelegerea noastră actuală a comportamentului TDE, ştim că durata evenimentului se scalează în funcţie de masa găurii negre, aşadar, dacă toate celelalte lucruri sunt egale, intervalele de timp mai scurte indică găuri negre cu masă mai mică", a spus Dage. "Ceea ce m-a convins că AT2022zod este special a fost atunci când l-am comparat cu alte astfel de evenimente la distanţe similare sau cu galaxii gazdă similare şi nu s-a încadrat în acelaşi comportament".

Cum ajută descoperirea

Descoperirea acestui eveniment de distrugere mareică dintr-o sursă aflată la distanţă faţă de nucleul galactic ar putea dezvălui, de asemenea, mai multe despre mediul ocupat de această gaură neagră cu masă intermediară. 

De exemplu, este destul de evident că aceste evenimente sunt mult mai susceptibile să apară în regiuni în care stelele sunt comasate dens. "Dacă nu te afli într-un fel de roi stelar, în general roiul stelar nuclear central al galaxiei gazdă, atunci pur şi simplu nu vei avea o TDE, deoarece şansele ca o anumită stea să se apropie de găura neagră sunt prea mici", a spus Dage. Această densitate stelară se găseşte în inima galaxiilor, dar există şi regiuni non-centrale ale galaxiilor în care stelele sunt, de asemenea, foarte apropiate unele de altele.

Echipa emite teoria că această TDE a avut loc într-un roi globular sau într-o galaxie pitică ultracompactă (UCD) din SDSS J105602.80+561214.7. Atât roiurile globulare, cât şi UCD-urile sunt conglomerate dense de stele antice care ajung la sfârşitul vieţii lor.

"Aceste sisteme sunt practic fabrici de găuri negre, iar sistemele lor aglomerate şi dinamice oferă oportunităţi pentru ca găurile negre să se contopească şi să crească în intervalul de masă intermediară, în special prin coliziuni stelare fugitive", a mai spus Dage.

Originile galaxiilor pitice ultracompacte sunt în prezent învăluite în mister. Aceste regiuni stelare dense ar putea apărea atunci când două roiuri globulare sunt atrase împreună, se ciocnesc şi se contopesc, sau UCD-urile pot fi galaxii pitice care au fost deposedate de stelele lor exterioare, fiind reduse la nuclee galactice compacte şi dense.

Dage a explicat că oamenii de ştiinţă ştiu că galaxiile eliptice găzduiesc atât sisteme stelare de roiuri globulare, cât şi UCD-uri, dar în acest caz, galaxia gazdă este atât de departe încât echipa nu poate desluşi pe deplin natura mediului real al AT2022zod. "Ştim doar că se află într-un fel de roi stelar", a spus Dage.

Deşi mediul din care provine evenimentul AT2022zod ar putea rămâne un mister în viitorul apropiat, cercetarea echipei ar putea oferi o foaie de parcurs mult necesară pentru identificarea mai multor găuri negre de masă intermediară.