Korištenje arhivskih podataka teleskopa Gemini North, astronomi su izmjerili najteži par supermasivnih crnih rupa ikada pronađenih. Spajanje dvije supermasivne crne rupe je fenomen koji je dugo bio predviđen, ali nikada nije uočen. Ovaj masivni par daje naznake zašto se takav događaj čini malo vjerojatnim u svemiru.
Gotovo svaka masivna galaksija sadrži supermasivnu crnu rupu u svom centru. Kada se dvije galaksije spoje, njihove crne rupe mogu formirati binarni par, odnosno biti u povezanoj orbiti jedna s drugom. Pretpostavlja se da su ovi binarni parovi predodređeni da se s vremenom spoje, ali to nikada nije uočeno. Pitanje da li je takav događaj moguć već je decenijama tema debate među astronomima.
Astronomi su koristili podatke sa teleskopa Gemini North na Havajima, koji je polovina Gemini International opservatorija kojim upravlja NOIRLab Nacionalnog instituta za fiziku, da analiziraju supermasivnu binarnu crnu rupu koja se nalazi u eliptičnoj galaksiji B2 0402+379. To je jedina supermasivna binarna crna rupa koja je viđena dovoljno detaljno da se vide oba objekta odvojeno, i drži rekord za najkraću udaljenost koja je direktno izmjerena, samo 24 svjetlosne godine. Iako tako bliska udaljenost najavljuje snažno spajanje, daljnja istraga je otkrila da je par zaglavio na toj udaljenosti više od tri milijarde godina, što postavlja pitanje: koji je razlog kašnjenja?
Kako bi bolje razumjeli dinamiku ovog sistema i njegovo zaustavljeno spajanje, tim se okrenuo arhivskim podacima iz Gemini North Multi-Object Spectrograph (GMOS), koji im je omogućio da odrede brzine zvijezda u blizini crnih rupa.
"Izuzetna osjetljivost GMOS-a nam je omogućila da mapiramo povećanje brzine zvijezda kako se približavaju centru galaksije", rekao je Roger Romani, profesor fizike na Univerzitetu Stanford i koautor rada. "Zahvaljujući tome, uspjeli smo izvući zaključak o ukupnoj masi crnih rupa koje se tamo nalaze."
Tim procjenjuje da je masa binarne crne rupe 28 milijardi puta veća od mase Sunca, što ovaj par čini najtežom binarnom crnom rupom ikada izmjerenom. Ovo mjerenje ne samo da pruža vrijedan kontekst za formiranje binarnog sistema i historiju njegove galaksije domaćina, već i potvrđuje dugogodišnju teoriju da masa supermasivne binarne crne rupe igra ključnu ulogu u zadržavanju potencijalnog spajanja.
"Arhiva podataka Gemini International Observatory sadrži zlatni rudnik neiskorištenih naučnih otkrića", rekao je Martin Still, programski direktor NSF-a za Gemini International Observatory. "Mjerenje mase ove supermasivne binarne crne rupe je upečatljiv primjer potencijalnog utjecaja novih istraživanja koja ispituju ovu bogatu arhivu."
Razumijevanje načina na koji je ova binarna jedinica nastala može pomoći u predviđanju da li će se i kada spojiti – nekoliko naznaka ukazuje da je par nastao spajanjem više galaksija. Prvo, B2 0402+379 je "fosilno jato", odnosno rezultat spajanja zvijezda i plina cijelog jata galaksija u jednu masivnu galaksiju. Osim toga, prisustvo dvije supermasivne crne rupe, u kombinaciji s njihovom velikom kombiniranom masom, sugerira da su nastale spajanjem nekoliko manjih crnih rupa iz različitih galaksija.
Nakon galaktičkog spajanja, supermasivne crne rupe se ne sudaraju direktno. Umjesto toga, počinju da lete jedni pored drugih, naseljavajući se u ograničenu orbitu. Svakim prolazom energija se prenosi iz crnih rupa na okolne zvijezde. Gubeći energiju, par se zbližava sve bliže i bliže dok ne budu udaljeni svjetlosne godine, gdje gravitacijsko zračenje preuzima vlast i spaja se. Ovaj proces je direktno uočen u parovima crnih rupa zvjezdane mase – prvi slučaj je zabilježen 2015. godine zahvaljujući detekciji gravitacijskih valova – ali nikada nije uočen u binarnim supermasivnim sistemima.
Sa novim saznanjima o izuzetno velikoj masi sistema, tim je zaključio da će biti potreban izuzetno veliki broj zvijezda da uspori orbitu binarnog sistema dovoljno da ih približi. U tom procesu, čini se da su crne rupe izbacile gotovo svu materiju oko sebe, ostavljajući galaktičko jezgro bez zvijezda i plina. Pošto više nije bilo materijala koji bi dodatno usporio orbitu para, njihovo spajanje je zastalo u završnoj fazi.
"Galaksije sa lakšim parovima crnih rupa obično imaju dovoljno zvijezda i mase da brzo konvergiraju", kaže Romani. “Budući da je ovaj par tako težak, potrebno mu je puno zvijezda i gasa da bi obavio posao. Ali binarnost je očistila centralnu galaksiju od takve materije, ostavljajući je zamrznutom i dostupnom za naše proučavanje."
Da li će prevladati stagnaciju i na kraju se spojiti za milione godina, ili će zauvijek ostati u orbitalnom limbu, ostaje da se vidi. Ako se spoje, rezultirajući gravitacijski valovi bit će 100 miliona puta jači od onih proizvedenih spajanjem crnih rupa zvjezdane mase.
Moguće je da bi par mogao savladati ovu konačnu udaljenost kroz još jedno galaktičko spajanje, koje bi udahnulo dodatni materijal u sistem, ili možda treću crnu rupu, da uspori orbitu para dovoljno da se spoji. Međutim, imajući u vidu status B2 0402+379 kao fosilnog jata, novo spajanje galaksija je malo vjerovatno.
"Radujemo se daljim studijama jezgre B2 0402+379, gdje ćemo vidjeti koliko gasa sadrži", rekao je Tirth Surti, diplomirani student sa Stanforda i glavni autor rada. "Ovo će nam dati bolji uvid u to da li se supermasivne crne rupe mogu spojiti tokom vremena ili će ostati kao binarni sistem."
Pročitajte također: