Niesamowite zderzenie. Zobaczyliśmy łączenie się czarnych dziur we Wszechświecie mającym tylko 740 mln lat

W tym artykule:

1. Jak duże są czarne dziury biorące udział w fuzji?
2. Łączenie się czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie
3. Fale grawitacyjne jako dowód fuzji

W środku większości dużych galaktyk, jakie znamy, znajdują się czarne dziury. Te obiekty są zazwyczaj bardzo masywne. Czarne dziury o masie gwiazdowej są kilkadziesiąt razy masywniejsze od Słońca. Jednak w jądrach galaktyk kryją się prawdziwe potwory. Supermasywna czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej – Sagittarius A* – ma masę ponad 4 mln razy większą od Słońca.

Jednak supermasywne czarne dziury mogą być jeszcze większe. I, jak podejrzewają naukowcy, wywierają wpływ na galaktyki, w których rezydują. Jak doszło do tego, że mają tak gigantyczną masę? Na to pytanie nie ma jeszcze dobrej odpowiedzi. Natomiast najnowsze obserwacje wykonane z pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba wskazują, że supermasywne czarne dziury istniały już w początkach Wszechświata.

Jak duże są czarne dziury biorące udział w fuzji?

Szczegóły zostały opisane w pracy opublikowanej w czasopiśmie naukowym „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”. Obserwacje dotyczyły układu oznaczonego ZS7. Składa się on z dwóch łączących się galaktyk, zawierających supermasywne czarne dziury. Udało się oszacować masę jednej z nich. Jest 50 milionów razy większa od masy Słońca.

– Masa drugiej czarnej dziury najprawdopodobniej jest zbliżona – mówi Roberto Maiolino z University of Cambridge i University College London, jeden z autorów pracy. – Chociaż o wiele trudniej jest ją wyliczyć, ponieważ ukrywa się w gęstym gazie – wyjaśnia naukowiec.

Łączenie się czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie

Wokół czarnych dziur w ZS7 uformowały się dyski akrecyjne – czyli wirujące obłoki rozgrzanych gazów. Pewne cechy docierającego stamtąd promieniowania pozwoliły domyślić się, że w układzie ZS7 znajdują się właśnie dwie czarne dziury o wielkiej masie. Było to zaskoczenie, ponieważ zarejestrowane światło pochodzi z okresu, gdy Wszechświat miał tylko 740 mln lat.

– Jednym z problemów, jakie mamy w kosmologii, jest wyjaśnienie, w jaki sposób te wczesne czarne dziury stały się tak masywne – mówi Maiolino. – W przeszłości rozważaliśmy, że mogły pochłaniać błyskawicznie materię. Albo od razu „rodzić się” tej wielkości. Jeszcze inna możliwość: urosły błyskawicznie dzięki fuzji – opowiada badacz.

Ta możliwość została właśnie niebezpośrednio potwierdzona. To o tyle ważne, że dotychczas wcale nie było pewne, iż połączenie się galaktyk skutkuje automatycznym połączeniem się czarnych dziur rezydujących w ich jądrach. Wręcz przeciwnie. Istniała teoria, według której jedna z czarnych dziur mogłaby zostać wystrzelona poza galaktyki i zamienić się w „wędrującą czarną dziurę”.

Zaskakująca hipoteza. Pasożytnicze czarne dziury mogą pożerać gwiazdy od środka. Jak je wykryć?

Wewnątrz niektórych gwiazd mogą znajdować się czarne dziury. Pożerałyby one gwiazdę od środka, niekiedy bardzo powoli. Wywoływałoby to efekty, które są możliwe do wykrycia.

Fale grawitacyjne jako dowód fuzji

Co dokładnie dzieje się w układzie SZ7? – Znaleźliśmy dowody, że w pobliżu jednej czarnej dziury znajduje się dużo szybko poruszającego się gazu – mówi Hannah Übler z University of Cambridge, główna autorka pracy. – Jest tam również gorący i silnie zjonizowany gaz, oświetlony promieniowaniem emitowanym przez czarne dziury w czasie epizodów akrecyjnych. Dzięki bezprecedensowej szczegółowości zdjęć robionych przez Teleskop Webba możliwe było rozróżnienie obu czarnych dziur – dodaje astrofizyczka.

Badacze piszą w pracy, że te czarne dziury przechodzą właśnie proces fuzji. Zdaniem Übler łączenie się czarnych dziur jest właśnie tym sposobem, w jaki obiekty te się rozrastają. Jak mówi badaczka, działo się to nawet podczas „kosmicznego świtu”. I od tamtego czasu zlewanie się czarnych dziur wpływało na ewolucję całych galaktyk.

Kiedy czarne dziury w SZ7 połączą się? Tego nie wiadomo. Jednak gdy do tego dojdzie, efektem fuzji będą fale grawitacyjne rozchodzące się po kosmosie. W przyszłości tego rodzaju zdarzenia będziemy mogli rejestrować dzięki detektorom fal grawitacyjnych nowej generacji. Takim jak LISA, kosmiczny detektor, który będzie wraz z Ziemią krążył wokół Słońca. Ten niezwykły instrument badawczy ma zostać uruchomiony w następnym dziesięcioleciu.

Źródła: ESA, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.