Astronomowie zauważyli 2 supermasywne czarne dziury, które połączą się w ciągu 100 lat
W centrum niemal każdej dużej galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura, której masa jest o miliony lub nawet miliardy razy większa, niż masa Słońca. Nie jest jednak jasne, jak czarne dziury osiągają tak gigantyczną masę. Sam proces akrecji otaczającego dziurę materiału jest zbyt powolny. Astronomowie obserwowali już we wszechświecie zderzenia galaktyk, stąd więc narodziła się hipoteza, że ich czarne dziury również mogą się zderzać i łączyć, tworząc w ten sposób supermasywne czarne dziury. W sercu blazara Mrk 501 naukowcy odkryli silny dowód na istnienie tam dwóch czarnych dziur, które połączą się za około 100 lat.
Markarian 501 (Mrk 501) to jeden z najbliższych i najlepiej przebadanych blazarów — galaktyk, których widmo promieniowania pochodzi z aktywnego dżetu skierowanego w naszą stronę. Leży w odległości około 460 milionów lat świetlnych od Ziemi w Gwiazdozbiorze Herkulesa. Blazary zawdzięczają swą ekstremalną jasność supermasywnej czarnej dziurze w centrum, która pochłaniając otaczającą materię, wytwarza skoncentrowane strumienie plazmy — dżety — wyrzucane z prędkościami bliskimi prędkości światła.
Mrk 501 od dekad sprawiał badaczom trudności interpretacyjne. Jego dżet w małych odległościach od centrum galaktyki wskazuje wyraźnie inny kierunek niż na skalach tysięcy lat świetlnych. Taka rozbieżność kątowa nigdy nie znalazła przekonującego wyjaśnienia, a jedna z hipotez wskazywała na możliwą obecność podwójnej supermasywnej czarnej dziury w centrum układu.
Zespół kierowany przez Silke Britzen z Instytutu Radioastronomii im. Maxa Plancka przeprowadził ponowną analizę 83 zestawów danych zebranych przez sieć radioteleskopów Very Long Baseline Array (VLBA) w latach 2011–2023. VLBA to dziesięć radioteleskopów rozmieszczonych na terenie Stanów Zjednoczonych, od Hawajów po Wyspy Dziewicze. Wspólnie tworzą instrument o rozdzielczości kątowej niedostępnej dla żadnego pojedynczego teleskopu na świecie, pozwalający zajrzeć w struktury o rozmiarach ułamków milisekundy łuku.
Analiza zebranych danych przyniosła zaskakujące odkrycie. Obok dobrze znanego dżetu 1 naukowcy uwidocznili drugi strumień plazmy — dżet 2 — który wypływa po stronie tzw. przeciwdżetu i zatacza charakterystyczną pętlę w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara wokół jądra galaktyki. Jest to pierwsze bezpośrednie obrazowanie podwójnego układu dżetów w jądrze blazara.
Na jednym z obrazów – z 24 czerwca 2022 roku – dżet 2 przyjmuje niezwykły kształt. Układa się wzdłuż łuku przypominającego częściowy pierścień Einsteina. To zjawisko soczewkowania grawitacyjnego, w którym masywny obiekt na pierwszym planie zakrzywia tory promieni świetlnych docierających z dalszego źródła. Autorzy interpretują tę strukturę jako efekt soczewkowania emisji z dżetu 2 przez główną czarną dziurę znajdującą się na pierwszym planie. Mamy więc tutaj dwie masywne czarne dziury, z których jedna soczewkuje emisję dżetu drugiej.
Bardziej szczegółowe badania, w ramach których sprawdzano również alternatywne wyjaśnienia obserwowanych zjawisk, pozwoliły stwierdzić, że w centrum Mrk 501 znajduje się układ dwóch supermasywnych czarnych dziur, które obiegają się w ciągu 121 dni. Ich masy naukowcy szacują na od 100 milionów do miliarda mas Słońca. Obie dziury znajdują się w odległości od 250 do 540 jednostek astronomicznych. Biorąc pod uwagę ich masy, są bardzo blisko siebie. W zależności od rzeczywistej masy, odległość między nimi może gwałtownie się zmniejszyć i dziury mogą połączyć się w ciągu najbliższych 100 lat.
Ze względu na olbrzymią odległość, jaka dzieli nas od Mrk 501 i niewielką odległość między obiema czarnymi dziurami, nie jesteśmy w stanie bezpośrednio obrazować ich zbliżania się do siebie. Żaden z istniejących teleskopów nie ma i nie będzie miał takich możliwości. Jednak możemy badać, jak dziury zbliżają się do siebie. Układ podwójnych czarnych dziur powinien emitować fale grawitacyjne o niskiej częstotliwości, które powinniśmy być w stanie wykrywać za pomocą techniki pulsar timing arrays i obserwatoriów takich jak NANOGrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves), EPTA (European Pulsar Timing Array) czy australijskiego PPTA (Parkes Pulsar Timing Array).
Po szczegóły badań zapraszamy na łamy Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Komentarze (0)