W ostatnio opublikowanej pracy zatytułowanej “MOCCA code for star cluster simulations - IV. A new scenario for intermediate mass black hole formation in globular clusters”, Mirek Giersz i jego współpracownicy dyskutują nowy scenariusz powstawania średnio masywnych czarnych dziur (IMBH) w gromadach kulistych (GC). Istnienie IMBHs w gromadach gwiazdowych jest przedmiotem poważnej debaty naukowej. Odkrycie tej nieuchwytnej populacji czarnych dziur (BH) stanowić będzie nie tylko brakujące ogniwo między BH o masach gwiazdowych i super masywnymi BH, ale również będzie to wielki postęp w zrozumieniu powstawania bardzo masywnych BH i ich związku z powstawaniem galaktyk. GC są gęstymi systemami gwiazdowymi, które mogą zawierać nawet milion gwiazd. Wiele badań sugeruje, że właśnie gromady kuliste mogą być naturalnym środowiskiem, w którym mogą powstawać IMBH.
Analizując wyniki z ponad 400 symulacje różnych modeli gromady gwiazd, które były symulowane przy użyciu kodu numerycznego MOCCA (Monte Carlo Claster SimulAtor - jeden z najbardziej zaawansowanych kodów do symulacji ewolucji dynamicznej gromad gwiazdowych, opracowany od podstaw w Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika PAN (CAMK), Giersz i jego współpracownicy odkryli, że w niektórych modelach powstawał IMBH. Bardziej szczegółowa analiza tych modeli wykazała, że IMBH powstaje w wyniku dynamicznych oddziaływań układów podwójnych, zawierających BH o masie gwiazdowej, z innymi gwiazdami i układami podwójnymi. W pracy omówiono warunki niezbędne do rozpoczęcia procesu tworzenia IMBH i wpływu IMBH na globalne właściwości GC. Nowy scenariusz powstawania IMBH nie wymaga żadnych specjalnych warunków, w przeciwieństwie do proponowanych wcześniej scenariuszy powstawania IMBH. IMBH powstaje wyłącznie w wyniku dynamicznych oddziaływań związanych ze zderzeniami gwiazd i wymiany masy pomiędzy składnikami układów podwójnych. Proponowane są dwa różne scenariusze, które prowadza do narastania masy BH. W pierwszym scenariuszu, masa BH narasta powoli, w późnych stadiach ewolucji GC i charakteryzuje się małym tempem akrecji masy na BH (WOLNY scenariusz). W drugim scenariuszu, narastanie masy BH zaczyna się bardzo wcześnie w trakcie ewolucji GC i charakteryzuje się bardzo wysokim tempem akrecji masy (SZYBKI scenariusz). Oba scenariusze powstawania IMBH są bardzo stochastycznymi procesami. Prawdopodobieństwo powstawania MBH jest wyższe dla bardziej skoncentrowanych, gęstszych GC.
Autorzy omawiają także obserwacyjne właściwości GC związane z obecnością IMBH. Są to przestrzenne i kinematyczne właściwości gromady, możliwe emisje radiowe, promieniowania X i promieniowania grawitacyjnego związane ze zderzeniami pomiędzy gwiazdami i akrecją masy na IMBH, lub bardzo szybko poruczający się uciekinierzy z GC. Dyskutowane są także przykłady Galaktycznych GC, które mają parametry obserwacyjne podobne do właściwości symulowanych modeli posiadających w centrum IMBH.
Autorzy: Mirek Giersz (CAMK), Nathan Leigh (University of Alberta i American Museum of Natural History), Arkadiusz Hypki (CAMK i Leiden University), Nora Lützgendorf (ESA, Space Science Department) and Abbas Askar (CAMK).
Rysunek: artystyczna wizja czarnej dziury w gromadzie kulistej - copyright: NASA/ESA i G. Bacon (STScI)
