Wędrujące czarne dziury mogą pomóc lepiej poznać historię galaktyk

Astronomowie wskazują, że wędrujące czarne dziury mogą przez miliardy lat oddalać się od miejsc, w których powstały. Symulacje pokazują, że zjawisko to jest szczególnie wyraźne w mniejszych galaktykach, a położenie tych obiektów może dostarczać informacji o strukturach, w których powstały.

Wędrujące czarne dziury mogą pomóc poznać historię galaktyk

W ramach nowego badania naukowcy z Yale University odkryli, że czarne dziury, które zwykle znajdują się w centrach galaktyk, mogą zostać przemieszczone w wyniku zderzeń galaktyk i przez miliardy lat oddalać się od miejsca ich pochodzenia. Proces ten jest jeszcze bardziej wyraźny w mniejszych galaktykach, gdzie grawitacja słabiej przyciąga je w kierunku jądra. Zdaniem astronomów te wędrujące obiekty mogą pomóc lepiej zrozumieć pochodzenie i historię powstania pierwszych czarnych dziur. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „The Astrophysical Journal Letters”.

Badacze podkreślają, że uwzględnienie zarówno czarnych dziur znajdujących się w centrach galaktyk, jak i tych wędrujących, jest niezbędne do lepszego zrozumienia pochodzenia i dynamiki masywnych czarnych dziur oraz historii ich macierzystych galaktyk.

Skąd wzięły się pierwsze czarne dziury

Naukowcy uważają, że pierwsze czarne dziury powstały z „zalążków” („seeds”) we wczesnym Wszechświecie. Jedne teorie zakładają, że najwcześniejsze gwiazdy w kosmosie pozostawiły po sobie stosunkowo „lekkie zalążki” („light seeds”), czyli mniejsze czarne dziury. Inne sugerują, że „ciężkie zalążki” („heavy seeds”), czyli większe czarne dziury, powstały jeszcze wcześniej w wyniku procesów takich jak bezpośrednie zapadanie się pierwotnego gazu.

Zdaniem astronomów nowe odkrycia sugerują, że czarne dziury mogą zachowywać informacje nie tylko o okolicznościach swoich narodzin, ich obecne położenie może również odzwierciedlać wydarzenia, które miały miejsce w ich macierzystych galaktykach. Rozróżnienie tych znajdujących się w centrach galaktyk od tych, które wędrują, pozwoli lepiej zrozumieć historię zarówno samych czarnych dziur, jak i miejsc, w których powstały.

Symulacje odtwarzają ewolucję galaktyk

W ramach badania naukowcy wykorzystali ASTRID, zaawansowaną symulację komputerową, która odwzorowuje ewolucję ciemnej materii, gazu, gwiazd i czarnych dziur. Przeanalizowali galaktyki, których masa wynosiła od 10 milionów do 1 biliona mas Słońca, śledząc ich ewolucję na przestrzeni około 12,6 miliarda lat.

Jedną z ważnych cech ASTRID jest to, że nie umieszcza ona sztucznie czarnych dziur w centrach ich galaktyk. Zamiast tego modeluje siły grawitacyjne, które powodują przemieszczanie się ich w otoczeniu i stopniowe opadanie w kierunku jądra ich struktur macierzystych. Dzięki temu naukowcy mogli odróżnić czarne dziury znajdujące się w centrach od tych wędrujących.

Astronomowie zaobserwowali w symulacji, że w przypadku galaktyk o małej masie rosła liczba tych, które zawierały wędrujące czarne dziury, podczas gdy coraz mniej z nich miało te obiekty w swoich centrach.

Położenie czarnych dziur zachowuje informacje o ewolucji galaktyk

Analizy wykazały również, że galaktyki o małej masie zachowywały informacje o początkowej populacji swoich „zalążków” nawet po miliardach lat ewolucji i łączenia się z innymi galaktykami. Sugerowały także, że w galaktykach o małej masie, które przestały tworzyć gwiazdy, częściej występują czarne dziury znajdujące się w ich centrach, podczas gdy te, w których nadal powstają gwiazdy, częściej zawierają wędrujące czarne dziury.

Naukowcy twierdzą, że liczebność czarnych dziur może dostarczać informacji o sposobie ich narodzin, natomiast położenie zachowuje zapis procesu powstawania i ewolucji ich galaktyk.

Emil Gołoś