Badacze "zważyli" czarną dziurę: coś tu nie gra

Wydawałoby się, że ważenie czarnych dziur to już dla naukowców bułka z masłem. Dotąd określono masę nawet 150 tys. obiektów tego typu. A co, jeśli pomiary te zawierają błędy? Zespół polskiej badaczki zauważył coś bardzo ciekawego...

Zespół prof. Bożeny Czerny z Centrum Fizyki Teoretycznej (CFT) oraz Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika (CAMK) PAN w Warszawie na warsztat wziął czarną dziurę znajdującą się w centrum galaktyki RE J1034+396. To obiekt położony 500 mln lat świetlnych od nas. Na niebie jest gdzieś w gwiazdozbiorze Wielkiej Niedźwiedzicy.

Badacze zamiast poprzestać na zwykłym oszacowaniu masy tej czarnej dziury standardową metodą, zadali kolejne pytanie: czy masa wyniesie tyle samo, jeśli oszacuje się ją innymi znanymi w astronomii sposobami. Wydawałoby się, że odpowiedź na takie pytanie to czysta formalność. - Ja tylko próbowałam ocenić, z jaką dokładnością masę czarnych dziur wyznaczamy. Zastosowałam osiem różnych metod. Wszystkie powinny dać to samo. A nie dały - opowiada w rozmowie z PAP prof. Czerny i przyznaje, że było to dla badaczy z jej grupy duże zaskoczenie.

Jedne z tych szacunków pokazały, że masa czarnej dziury wynosi ok. 440 tys. mas Słońca, a według innych szacunków - że ok. 8,8 mln mas Słońca. Tak duże różnice - nawet jeśli weźmie się pod uwagę kosmiczną skalę - są już dla astronomów nie do przyjęcia. Badaczy tak te wyniki zastanowiły, że jeszcze przed zaakceptowaniem publikacji w czasopiśmie naukowym zaprezentowali je szybko innym astronomom. Mają nadzieję, że ktoś pomoże im zrozumieć, skąd się biorą tak duże rozbieżności.

Prof. Czerny zaznacza, że jedna z metod obliczania masy czarnych dziur jest stosowana powszechnie, a pozostałe - rzadziej. - Dlatego dotąd nikt nie zauważył, że jest z nimi jakiś problem. Pytanie: czy błąd leży w tych częściej stosowanych metodach, czy w metodach mniej popularnych? Ja nie mam jeszcze na to jasnej odpowiedzi - skomentowała prof. Czerny.

Badaczka opowiada, że masy czarnej dziury nie określa się bezpośrednio - chociażby dlatego, że obiekt ten nie emituje światła. - Mierzymy za to świecenie gazu lub gwiazd, które wokół czarnej dziury się poruszają. Zakładamy, że one się poruszają po orbicie kołowej i że dobrze umiemy zmierzyć promień tej orbity - opowiada astrofizyk i podkreśla: "Problem nie polega na tym, że źle wykonaliśmy pomiary na danych. Ale problem jest taki, że założenia, które zrobiliśmy, mają pewne błędy" - mówi. Podaje przykład: "Jeśli np. obiekty nie poruszają się wokół czarnej dziury po orbicie kołowej, nie możemy wyników interpretować tak, jak robiliśmy to dotąd". Może się więc okazać, że stosowane w astrofizyce metody na obliczenie masy gwiazd zawierają błędy. Prof. Czerny ma nadzieję, że specjaliści z innych dziedzin pomogą jej wyjaśnić, na czym ten błąd polega, by nie popełniano go już w przyszłości. Otrzymała już kilka bardzo ważnych komentarzy, m.in. od prof. Ari Laora z izreaelskiego Technion University.

Znajomość mas czarnych dziur potrzebna jest naukowcom do badania ewolucji całych galaktyk. Badaczka z CAMK wyjaśnia, że od masy czarnych dziur zależy m.in. tempo powstawania gwiazd w galaktyce.

Precyzyjne ustalenie mas czarnych dziur pozwala też naukowcom snuć domysły na temat przeszłości tych obiektów. Bo czarne dziury prawdopodobnie mogą powstawać w różnych procesach. Różne hipotezy wskazują, że czarne dziury powstają np. w toku ewolucji z pojedynczych masywnych gwiazd, z gromad gwiazd, albo w wyniku kurczenia się ogromnego obłoku gazowego. Potem rosną za sprawą akrecji, a czasami dwie czarne dziury łączą się w jedną większą, gdy wcześniej połączyły się w wyniku zderzenia ich galaktyki macierzyste.

PAP - Nauka w Polsce