Astronomowie odkryli pierwszą parę supermasywnych czarnych dziur znajdujących się niezwykle blisko siebie

Astronomowie odkryli wyjątkowy układ w galaktyce Markarian 501 – para supermasywnych czarnych dziur krąży tam niezwykle blisko siebie. Może to pomóc lepiej zrozumieć to jak ewoluują galaktyki.

Jak supermasywne czarne dziury osiągają swoje rozmiary?

.Aby osiągnąć swoje ogromne masy supermasywne czarne dziury muszą łączyć się ze sobą. W ramach nowego badania, naukowcy pod kierownictwem Silke Britzen z Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR), odkryli bezpośrednie dowody na istnienie dwóch tego rodzaju niezwykłych obiektów w galaktyce Markarian 501, które krążą bardzo blisko siebie. Może to być pierwszy przypadek wykrycia pary, która jest bliska połączenia, co pomogłoby lepiej zrozumieć ten kluczowy proces w ewolucji galaktyk. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.

Jak wskazują astronomowie, w centrach niemal wszystkich dużych galaktyk znajdują się supermasywne czarne dziury o masach milionów, a nawet miliardów razy większych od masy Słońca. Badacze nie do końca rozumieją jeszcze, jak obiekty te mogą stawać się tak ogromne. Samo gromadzenie (akrecja) gazu z otoczenia trwałoby zbyt długo, dlatego prawdopodobne jest, że muszą łączyć się z innymi masywnymi czarnymi dziurami. Zderzenia galaktyk są obserwowane w całym Wszechświecie. Zdaniem badaczy, bardzo prawdopodobne jest to, że supermasywne czarne dziury w ich centrach również się łączą, najpierw krążąc wokół siebie coraz bliżej, a ostatecznie zlewając się w jedną.

Badania galaktyki Markarian 501

.Jednak modele teoretyczne, jak wskazują naukowcy, nie potrafią jeszcze dokładnie opisać tej końcowej fazy. Do tego, mimo iż zderzenia galaktyk są powszechne w skali kosmicznej, do tej pory nie udało się wiarygodnie wykryć bliskiej pary masywnych czarnych dziur. Jednak ostatnie badania galaktyki oznaczonej jako Markarian 501, znajdującej się w gwiazdozbiorze Herkulesa, mogą to zmienić.

Czarna dziura w centrum tej galaktyki wyrzuca w przestrzeń potężny strumień cząstek poruszających się niemal z prędkością światła. W ramach nowego badania astronomowie przeanalizowali obserwacje tego obszaru. Dane obejmowały różne częstotliwości radiowe i zostały zebrane w czasie wielu dni w okresie około 23 lat. Te długoterminowe informacje pozwoliły wykryć również drugi dżet obecny w tym obszarze. Był to pierwszy bezpośredni obraz takiego układu w centrum galaktyki i wyraźny dowód na istnienie drugiej supermasywnej czarnej dziury.

Para położonych blisko siebie supermasywnych czarnych dziur

.Jak opisują naukowcy, pierwszy strumień był skierowany w stronę Ziemi, dlatego wydawał się szczególnie jasny i został od razu zauważony. Drugi miał inne ustawienie i dlatego trudniej było go wykryć. W przeciągu kilku tygodni astronomowie zaobserwowali, że zaczynał się on za większą czarną dziurą i poruszał się wokół niej przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, a następnie proces ten się powtarzał.

„Zaobserwowaliśmy, że cały układ strumieni był w ruchu, a układ dwóch czarnych dziur mógł to wyjaśniać – płaszczyzna orbity kołysała się. Podczas jednego dnia obserwacyjnego w czerwcu 2022 roku promieniowanie emitowane przez układ dotarło do nas tak zakrzywioną drogą, że przybrało kształt pierścienia – tzw. pierścienia Einsteina. Najbardziej prawdopodobne wyjaśnienie jest takie, że układ był idealnie ustawiony względem nas. Soczewkowanie grawitacyjne przez znaną czarną dziurę znajdującą się z przodu uformowało światło drugiego dżetu znajdującego się za nią” – mówi Silke Britzen z Max Planck Institute for Radio Astronomy.

Analizując zmiany w czasie oraz powtarzające się wzorce jasności dżetów, naukowcy ustalili, że dwie czarne dziury krążą wokół siebie w okresie około 121 dni. Dzieli je odległość od około 250 do 540 razy większa niż odległość między Ziemią a Słońcem, jak podkreślają badacze, bardzo mała jak na tak ekstremalne obiekty o masach od 100 milionów do miliarda mas Słońca. W zależności od ich rzeczywistych mas, odległość między nimi może się zmniejszać tak szybko, że mogą się połączyć nawet w ciągu zaledwie 100 lat.

Kolizja obiektów

.Ze względu na ogromną odległość między Markarian 501a Ziemią, nawet najbardziej zaawansowane metody obserwacyjne nie są w stanie zobrazować dwóch czarnych dziur jako oddzielnych obiektów. Coraz bardziej kurcząca się orbita pary nie będzie więc możliwa do bezpośredniej obserwacji. Jednak naukowcy spodziewają się zaobserwować wyraźne dowody na stale zmniejszającą się odległość między dwiema czarnymi dziurami, jak na przykład, to że układ powinien emitować fale grawitacyjne o bardzo niskich częstotliwościach, które będą możliwe do wykrycia.

Emil Gołoś