Po raz pierwszy odkryto trzy supermasywne czarne dziury w jednej galaktyce

Astronomowie po raz pierwszy zidentyfikowali trzy supermasywne czarne dziury w jednej galaktyce. Dwie z nich znajdowały się w jej centrum, zaledwie 620 lat świetlnych od siebie, a trzecia była położona znacznie dalej, w zewnętrznej części struktury.

Trzy supermasywne czarne dziury w jednej galaktyce

W ramach nowego badania naukowcom pod kierownictwem astronomów z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics po raz pierwszy udało się zidentyfikować trzy supermasywne czarne dziury w jednej galaktyce – J0148-4214. Obiekty te były zasilane przez materię opadającą na nie z otaczających dysków akrecyjnych. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Astronomy & Astrophysics”.

Galaktyka znajduje się ponad 12,5 miliarda lat świetlnych od Ziemi, a jej całkowita masa gwiazdowa wynosi około 1,3 miliarda mas Słońca. Jak opisują badacze, przy tak dużej odległości widoczny stawał się wpływ rozszerzania się samej przestrzeni. Galaktyka wydawała się oddalać od Ziemi, a jej światło przesuwało się w kierunku dłuższych fal. Zjawisko to określa się mianem przesunięcia ku czerwieni, które w przypadku J0148-4214 wynosi z = 5,02.

Na podstawie tej wartości naukowcy obliczyli odległość galaktyki. Jej światło podróżowało do nas przez 12,5 miliarda lat, dlatego została zaobserwowana taką, jaka była zaledwie około 1,2 miliarda lat po Wielkim Wybuchu.

Dwie z supermasywnych czarnych dziur znajdowały się w centrum galaktyki i zdaniem naukowców dzieliło je zaledwie 620 lat świetlnych. Trzecia była położona w zewnętrznej części jej struktury macierzystej, około 5500 lat świetlnych od jądra.

Odkrycie to sugeruje, że procesy zachodzące we wczesnym Wszechświecie skutecznie przyczyniały się do zbliżania do siebie masywnych czarnych dziur, zapewne skutkując z czasem ich połączeniami, których wykrycia za pomocą przyszłych obserwatoriów fal grawitacyjnych oczekują naukowcy.

Teorie ewolucji galaktyk oparte na obserwacjach sugerują, że we wczesnej historii Wszechświata galaktyki zbliżały się do siebie i łączyły. W tym procesie dochodziło również do fuzji czarnych dziur znajdujących się w ich centrach, co prowadziło do powstawania jeszcze bardziej masywnych czarnych dziur w jądrach nowo powstałych obiektów.

Jak astronomowie dokonali odkrycia

Naukowcy zidentyfikowali supermasywne czarne dziury na podstawie ich charakterystycznych sygnatur widmowych. Jak opisują astronomowie, były to ślady atomów wodoru poruszających się z dużą prędkością w polu grawitacyjnym tych masywnych obiektów. W centralnym regionie galaktyki widmo miało złożoną strukturę, którą najpewniej mogła wyjaśniać obecność dwóch znajdujących się blisko siebie czarnych dziur.

Aby rozróżnić oba centralne źródła, astronomowie zastosowali spektroastrometrię – technikę pozwalającą precyzyjnie mierzyć przesunięcia przestrzenne emisji linii widmowych w obrębie galaktyki. Dzięki niej mogli określić położenie czarnych dziur, mimo że nie można było rozdzielić ich przestrzennie jako osobnych źródeł punktowych. Trzecia czarna dziura została wykryta w zewnętrznej części galaktyki.

Masy i aktywność czarnych dziur

Analiza pozwoliła oszacować masy czarnych dziur na około 80 milionów, 0,6 miliona i 2 miliony mas Słońca. Najbardziej masywna z nich akreowała w tempie niższym niż znajdująca się w pobliżu mniejsza czarna dziura o masie 0,6 miliona mas Słońca. Aktywnie pochłaniała ona materię i przekraczała nawet maksymalne tempo akrecji przewidywane przez podstawowe teorie wzrostu czarnych dziur, czyli granicę Eddingtona.

Przyszłość niezwykłego układu

Naukowcy przewidywali, że centralna para czarnych dziur połączy się w ciągu najbliższych kilkuset milionów lat. Sugerowało to, że łączenie się tych obiektów mogło być dodatkowym, szybszym procesem prowadzącym do ich gwałtownego wzrostu we wczesnym Wszechświecie.

Jak wskazywali astronomowie, trzecia czarna dziura, znajdująca się poza jądrem galaktyki, mogła być pozostałością po wcześniejszym połączeniu. Mogła również zostać przemieszczona z centrum w wyniku grawitacyjnego odrzutu lub mogła migrować w kierunku środka galaktyki.

Emil Gołoś