Mellanhåligt svart hål - Intermediate-mass black hole

Globalt kluster Mayall II (M31 G1) är en möjlig kandidat för att vara värd för ett mellanhögt svart hål i centrum

Ett mellanhåligt svart hål ( IMBH ) är en klass av svart hål med massa i intervallet 10 2 –10 5 solmassor : betydligt mer än stjärnformade svarta hål men mindre än de 10 5 –10 9 solmassa supermassiva svarta hålen . Flera IMBH-kandidatobjekt har upptäckts i vår galax och andra i närheten, baserat på indirekt gasmolnhastighet och spektrumobservationer av ackretionsskivor med olika bevisstyrka.

Den gravitationsvåg signalen GW190521 detekteras den 21 maj 2019 resulterade från fusionen av två svarta hål, som vägde 85 och 65 solmassor, med den resulterande svarta hålet som väger 142 solmassor.

Observationsbevis

Den gravitationsvåg signalen GW190521 , som inträffade den 21 maj 2019 vid 03:02:29 UTC, och publicerades den 2 september 2020 resulterade från fusionen av två svarta hål, med en vikt 85 och 65 solmassor, med den resulterande svarta hålet vägning 142 solmassor och 9 solmassor strålas bort som gravitationsvågor.

Innan dess kommer de starkaste bevisen för IMBH från några få galaktiska kärnor med låg ljusstyrka . På grund av sin aktivitet innehåller dessa galaxer nästan säkert tilltagande svarta hål, och i vissa fall kan svarta hålmassorna uppskattas med tekniken för efterklangskartläggning . Till exempel verkar spiralgalaxen NGC 4395 på ett avstånd av cirka 4 Mpc innehålla ett svart hål med en massa av cirka 3,6 × 10 5 solmassor.

Det största aktuella urvalet av svarta hål med medelstora massor inkluderar 305 kandidater utvalda genom sofistikerad analys av en miljon optiska spektra av galaxer samlade av Sloan Digital Sky Survey. Röntgenemission upptäcktes från 10 av dessa kandidater som bekräftade deras klassificering som IMBH.

Vissa ultraluminösa röntgenkällor (ULX) i närliggande galaxer misstänks vara IMBH, med massor av hundra till tusen solmassor . ULX: erna observeras i stjärnbildande regioner (t.ex. i stjärnburstgalax M82 ) och är till synes förknippade med unga stjärnkluster som också observeras i dessa regioner. Men endast en dynamisk massmätning från analysen av den medföljande stjärnans optiska spektrum kan avslöja närvaron av en IMBH som den kompakta ackretorn för ULX.

Några globulära kluster har påstås innehålla IMBH: er, baserat på mätningar av hastigheterna hos stjärnor nära deras centrum; figuren visar ett kandidatobjekt. Ingen av de påstådda upptäckterna har dock klarat av granskning. Till exempel kan data för M31 G1 , objektet som visas i figuren, passa lika bra utan ett massivt centralt objekt.

Ytterligare bevis för förekomsten av IMBH kan erhållas från observation av gravitationsstrålning , emitterad från en binär som innehåller en IMBH och en kompakt rest eller en annan IMBH.

Slutligen, M-sigma förhållande förutsäger existensen av svarta hål med massor av 10 4 till 10 6 solmassor i låg-luminositet galaxer.

Potentiella upptäckter

RX J1140.1 + 0307 är en spiralgalax, centrerad på ett lättare, mellanhögt svart hål.

I november 2004 rapporterade ett team av astronomer upptäckten av GCIRS 13E , det första svarta hålet i massmassan i vår galax, som kretsar tre ljusår från Skytten A * . Detta medelsvarta hål med 1300 solmassor ligger i ett kluster av sju stjärnor, möjligen kvarleva av ett massivt stjärnkluster som har tagits bort av Galactic Center . Denna observation kan ge stöd till idén att supermassiva svarta hål växer genom att absorbera närliggande mindre svarta hål och stjärnor. År 2005 hävdade dock en tysk forskargrupp att närvaron av en IMBH nära det galaktiska centrumet är tveksam, baserat på en dynamisk studie av stjärnklustret där IMBH sägs vara bosatt. En IMBH nära det galaktiska centrumet kunde också upptäckas via dess störningar på stjärnor som kretsar runt det supermassiva svarta hålet.

I januari 2006 tillkännagav ett team under ledning av Philip Kaaret vid University of Iowa upptäckten av en kvasiperiodisk svängning från en mellanhög kandidat i svart hål som användes av NASA: s Rossi X-ray Timing Explorer . Kandidaten, M82 X-1 , kretsas av en röd jättestjärna som kastar sin atmosfär i det svarta hålet. Varken existensen av svängningen eller dess tolkning som systemets omloppsperiod accepteras fullt ut av resten av vetenskapssamhället, eftersom den periodicitet som påstås baseras på endast cirka fyra cykler, vilket innebär att det är möjligt för detta att vara slumpmässig variation . Om perioden är verklig kan det vara antingen omloppsperioden, som föreslagit, eller en super-orbitalperiod i ackretionsskivan, vilket ses i många andra system.

År 2009 upptäckte ett team av astronomer under ledning av Sean Farrell HLX-1 , ett mellanhögt svart hål med ett mindre kluster av stjärnor runt omkring, i galaxen ESO 243-49. Detta bevis tyder på att ESO 243-49 hade en galaktisk kollision med HLX-1s galax och absorberade majoriteten av den mindre galaxens materia.

Ett team vid CSIRO -radioteleskopet i Australien meddelade den 9 juli 2012 att det hade upptäckt det första svarta hålet med mellanliggande massa.

2015 hittade ett team vid Keio University i Japan ett gasmoln ( CO-0.40-0.22 ) med mycket bred hastighetsspridning. De utförde simuleringar och drog slutsatsen att en modell med ett svart hål på cirka hundra tusen solmassor skulle passa bäst för hastighetsfördelningen. Ett senare arbete påpekade emellertid några svårigheter med associeringen av höghastighetsdispersionsmoln med mellansvarta hål och föreslog att sådana moln skulle kunna genereras av supernovor . Ytterligare teoretiska studier av gasmolnet och närliggande IMBH-kandidater har varit otvetydiga men har öppnat möjligheten.

År 2017 tillkännagavs att ett svart hål på några tusen solmassor kan finnas i det klotformiga klustret 47 Tucanae . Detta baserades på accelerationer och distributioner av pulsarer i klustret; emellertid fann en senare analys av en uppdaterad och mer fullständig datamängd för dessa pulsar inga positiva bevis för detta.

År 2018 hittade Keio University-teamet flera molekylära gasströmmar som kretsade kring ett osynligt objekt nära det galaktiska centrumet, betecknat HCN-0,009-0,044 , föreslog att det var ett svart hål med trettiotvå tusen solmassor och i så fall är det tredje IMBH som upptäcktes i regionen.

Observationer under 2019 hittade bevis för en gravitationell våghändelse ( GW190521 ) som härrör från sammanslagningen av två svarta hål med mellanliggande massor, med massorna 66 och 85 gånger solens. I september 2020 tillkännagavs att det resulterande sammanslagna svarta hålet vägde 142 solmassor, med 9 solmassor som strålades bort som gravitationsvågor.

År 2020 rapporterade astronomer om det möjliga fyndet av ett mellanhåligt svart hål, med namnet 3XMM J215022.4-055108, i riktning mot Vattumannskonstellationen , cirka 740 miljoner ljusår från jorden.

Ursprung

Mellanhöga svarta hål är för massiva för att bildas av kollapsen av en enda stjärna, vilket är hur stjärnhåriga hål tros bildas. Deras miljöer saknar de extrema förhållandena - dvs. hög densitet och hastigheter som observerats i galaxernas centrum - som till synes leder till bildandet av supermassiva svarta hål . Det finns tre postulerade bildningsscenarier för IMBH. Den första är sammanslagningen av svarta hål i stjärnmassor och andra kompakta föremål med hjälp av tillväxt . Den andra är den bortrivna kollisionen mellan massiva stjärnor i täta stjärnkluster och kollisionen av kollisionsprodukten till en IMBH. Det tredje är att de är ursvarta hål bildade i Big Bang .

Forskare har också övervägt möjligheten att skapa svarta hål med mellanliggande massor genom mekanismer som involverar kollaps av en enda stjärna, såsom möjligheten att direkt kollapsa i svarta hål hos stjärnor med pre-supernova Helium-kärnmassa> 133  M ☉ (till undvik ett par instabilitetssupernova som helt skulle störa stjärnan), vilket kräver en initial total stjärnmassa på> 260  M ☉ , men det kan finnas liten chans att observera en sådan högmassa supernovarester. Nya teorier antyder att sådana massiva stjärnor som kan leda till bildandet av mellanliggande svarta hål kan bildas i unga stjärnkluster via flera stjärnkollisioner.

Se även

Referenser

externa länkar