Najbliższa para supermasywnych czarnych dziur znajduje się 800 lat świetlnych od Ziemi

Najbliższa potwierdzona para supermasywnych czarnych dziur została zaobserwowana w bliskim kosmicznym sąsiedztwie Ziemi. Znajdują się one w odległości około 300 lat świetlnych od siebie i zostały wykryte za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra.

Para supermasywnych czarnych dziur znajduje w centrum zderzających się galaktyk. Są one zasilane przez wznoszący się gaz i pył, co powoduje, że świecą jasno jako aktywne jądra galaktyk (AGN). Jak tłumaczą astronomowie z NASA, ta para AGN jest najbliższą wykrytą w lokalnym Wszechświecie przy użyciu obserwacji na wielu długościach fal (światło widzialne i rentgenowskie). Chociaż wcześniej znaleziono kilkadziesiąt „podwójnych” czarnych dziur, ich odległości są zazwyczaj znacznie większe niż ta, którą odkryto w bogatej w gaz galaktyce MCG-03-34-64.

Astronomowie korzystający z radioteleskopów zaobserwowali jedną parę podwójnych czarnych dziur w jeszcze bliższej odległości niż w MCG-03-34-64, ale bez potwierdzenia w innych długościach fal.

Takie układy podwójne aktywnych jąder galaktyk były prawdopodobnie bardziej powszechne we wczesnym Wszechświecie, gdy częściej dochodziło do łączenia się galaktyk. Odkrycie to zapewnia wyjątkowe spojrzenie z bliska na pobliski przykład, znajdujący się około 800 milionów lat świetlnych od Ziemi.

Odkrycie było przypadkowe. Obrazowanie Hubble’a w wysokiej rozdzielczości ujawniło, jak podkreślają badacze, trzy optyczne kolce dyfrakcyjne zagnieżdżone wewnątrz galaktyki-gospodarza, wskazujące na wysoką koncentrację świecącego gazu tlenowego na bardzo małym obszarze. Badanie zostało opublikowane w The Astrophysical Journal.

„Nie spodziewaliśmy się zobaczyć czegoś takiego. Ten widok nie jest częstym zjawiskiem w pobliskim wszechświecie i powiedział nam, że coś innego dzieje się wewnątrz galaktyki” – mówi Anna Trindade Falcão z Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian w Cambridge.

Przeskoki dyfrakcyjne to artefakty obrazowania powodowane, gdy światło z bardzo małego obszaru w przestrzeni zakrzywia się wokół lustra wewnątrz teleskopów. Naukowcy następnie zbadali tę samą galaktykę w świetle rentgenowskim za pomocą obserwatorium Chandra, aby dowiedzieć się, co się dzieje.

„Kiedy spojrzeliśmy na MCG-03-34-64 w paśmie rentgenowskim, zobaczyliśmy dwa oddzielne, potężne źródła wysokoenergetycznej emisji, które pokrywały się z jasnymi punktami światła optycznego widzianymi przez Hubble’a. Połączyliśmy te elementy i doszliśmy do wniosku, że prawdopodobnie jest to para supermasywnych czarnych dziur, znajdująca się blisko siebie” – podkreśla Falcão.

Aby potwierdzić swoją interpretację, naukowcy wykorzystali archiwalne dane radiowe z Very Large Array w Socorro w Nowym Meksyku, ponieważ energetyczny duet czarnych dziur powinien emitować również potężne fale radiowe.

„Kiedy widzisz jasne światło w zakresie optycznym, rentgenowskim i radiowym, wiele rzeczy można wykluczyć, pozostawiając wniosek, że można je wyjaśnić jedynie jako bliskie siebie czarne dziury. Po złożeniu wszystkich elementów w całość otrzymujemy obraz duetu AGN” –twierdzi Falcão.

Trzecie źródło jasnego światła zaobserwowane przez Hubble’a jest nieznanego pochodzenia i potrzeba więcej danych, aby je zrozumieć. Może to być gaz, który jest wstrząsany energią ultraszybkiej plazmy wystrzeliwanej z jednej z czarnych dziur.

Dwie supermasywne czarne dziury znajdowały się kiedyś w jądrach swoich galaktyk macierzystych. Jednak ich połączenie sprawiło, że obiekty znalazły się blisko siebie. Będą one nadal zbliżać się, aż do połączenia – być może za 100 milionów lat – wstrząsając strukturą przestrzeni i czasu w postaci fal grawitacyjnych.

Należące do National Science Foundation Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) wykryło fale grawitacyjne pochodzące z dziesiątek połączeń czarnych dziur o masie gwiazdowej. Jednak dłuższe fale powstające w wyniku fuzji supermasywnych czarnych dziur są poza możliwościami LIGO.

Detektor fal grawitacyjnych nowej generacji, zwany misją LISA (Laser Interferometer Space Antenna), będzie składał się z trzech detektorów w przestrzeni kosmicznej, oddzielonych od siebie milionami kilometrów, aby uchwycić te dłuższe fale grawitacyjne z głębokiego kosmosu. ESA prowadzi tę misję, współpracując z NASA i innymi uczestniczącymi instytucjami, z planowanym uruchomieniem w połowie lat 2030.

Emil Gołoś