Naudojant archyvinius teleskopo duomenis Dvyniai Šiaurės, astronomai išmatavo sunkiausią kada nors rastą supermasyvių juodųjų skylių porą. Dviejų supermasyvių juodųjų skylių susijungimas yra reiškinys, kuris jau seniai buvo prognozuojamas, bet niekada nepastebėtas. Ši didžiulė pora suteikia užuominų, kodėl toks įvykis visatoje atrodo mažai tikėtinas.
Beveik kiekvienos didžiulės galaktikos centre yra supermasyvi juodoji skylė. Kai susilieja dvi galaktikos, jų juodosios skylės gali sudaryti dvejetainę porą, ty būti viena su kita surištoje orbitoje. Yra hipotezė, kad šioms dvejetainėms poroms laikui bėgant lemta susijungti, tačiau tai niekada nebuvo pastebėta. Klausimas, ar toks įvykis įmanomas, astronomų diskusijų tema jau kelis dešimtmečius.
Astronomai naudojo duomenis iš Gemini North teleskopo Havajuose, kuris yra Nacionalinio fizikos instituto NOIRLab valdomos tarptautinės Gemini observatorijos pusė, kad ištirtų supermasyvią dvejetainę juodąją skylę, esančią elipsinėje galaktikoje B2 0402+379. Tai vienintelė supermasyvi dvejetainė juodoji skylė, kuri buvo pastebėta pakankamai detaliai, kad būtų galima pamatyti abu objektus atskirai, ir jai priklauso trumpiausio atstumo, kuris buvo išmatuotas tiesiogiai, rekordas – vos 24 šviesmečiai. Nors toks artimas atstumas pranašauja galingą susijungimą, tolesnis tyrimas atskleidė, kad pora įstrigo tokiu atstumu daugiau nei tris milijardus metų, todėl kyla klausimas: kokia vėlavimo priežastis?
Siekdama geriau suprasti šios sistemos dinamiką ir sustojusį susijungimą, komanda kreipėsi į archyvinius duomenis iš Gemini North Multi-Object Spectrograph (GMOS), kurie leido nustatyti žvaigždžių greitį šalia juodųjų skylių.
„Nepaprastas GMOS jautrumas leido mums nustatyti žvaigždžių greičio padidėjimą, kai jos artėja prie galaktikos centro“, – sakė Stanfordo universiteto fizikos profesorius Rogeris Romani ir šio straipsnio bendraautorius. „Dėl to galėjome padaryti išvadą apie bendrą ten esančių juodųjų skylių masę.
Komanda apskaičiavo, kad dvejetainės juodosios skylės masė yra 28 milijardus kartų didesnė už Saulės masę, todėl ši pora yra sunkiausia kada nors išmatuota dvejetainė juodoji skylė. Šis matavimas ne tik suteikia vertingą kontekstą dvinarės sistemos formavimuisi ir ją priimančios galaktikos istorijai, bet ir patvirtina seniai egzistuojančią teoriją, kad supermasyvios dvejetainės juodosios skylės masė vaidina pagrindinį vaidmenį stabdant galimą susijungimą.
„Tarptautinės Gemini observatorijos duomenų archyve yra neišnaudotų mokslinių atradimų aukso kasykla“, – sakė tarptautinės Gemini observatorijos NSF programos direktorius Martinas Stillas. „Šios supermasyvios dvejetainės juodosios skylės masės matavimas yra ryškus naujų tyrimų, tiriančių šį turtingą archyvą, galimo poveikio pavyzdys.
Supratimas, kaip šis dvejetainis susiformavo, gali padėti numatyti, ar ir kada jis susijungs – keli įkalčiai rodo, kad pora susiformavo susiliejus kelioms galaktinėms. Pirma, B2 0402+379 yra „iškastinis spiečius“, ty visos galaktikų spiečiaus žvaigždžių ir dujų susijungimo į vieną masyvią galaktiką rezultatas. Be to, dviejų supermasyvių juodųjų skylių buvimas kartu su jų didele bendra mase rodo, kad jos susidarė susiliejus kelioms mažesnėms juodosioms skylėms iš skirtingų galaktikų.
Po galaktikos susijungimo supermasyvios juodosios skylės nesusiduria. Vietoj to, jie pradeda skristi vienas pro šalį, apsigyvendami ribotoje orbitoje. Su kiekvienu praėjimu energija iš juodųjų skylių perduodama aplinkinėms žvaigždėms. Prarasdama energiją, pora traukiasi vis arčiau ir arčiau tol, kol jas skiria šviesmečiai, kur gravitacinė spinduliuotė paima viršų ir jos susilieja. Šis procesas buvo tiesiogiai stebimas žvaigždžių masės juodųjų skylių porose – pirmasis atvejis buvo užfiksuotas 2015 m. dėl gravitacinių bangų aptikimo – tačiau jis niekada nebuvo pastebėtas dvejetainėse supermasyviose sistemose.
Turėdama naujų žinių apie itin didelę sistemos masę, komanda padarė išvadą, kad prireiks itin daug žvaigždžių, kad dvinarės sistemos orbitos sulėtėjimas būtų pakankamai didelis, kad jas suartintų. Atrodo, kad šio proceso metu juodosios skylės išmetė beveik visą aplink save esančią medžiagą, todėl galaktikos branduolyje nėra žvaigždžių ir dujų. Kadangi nebeliko medžiagos, kuri galėtų dar labiau sulėtinti poros orbitą, jų susijungimas sustojo paskutiniame etape.
„Paprastai atrodo, kad galaktikose, turinčiose šviesesnes juodųjų skylių poras, pakankamai žvaigždžių ir masės, kad galėtų greitai suartėti“, – sako Romani. „Kadangi ši pora yra tokia sunki, jai reikia daug žvaigždžių ir dujų, kad galėtų atlikti darbą. Tačiau dvinarė išvalė centrinę galaktiką nuo tokios materijos, palikdama ją užšaldytą ir prieinamą mūsų tyrimams.
Ar jie įveiks sąstingį ir galiausiai susijungs po milijonų metų, ar amžinai išliks orbitos nežinioje, dar reikia pamatyti. Jei jos susijungs, susidarančios gravitacinės bangos bus 100 milijonų kartų galingesnės už tas, kurios susidaro susiliejus žvaigždžių masės juodosioms skylėms.
Gali būti, kad pora galėtų įveikti šį galutinį atstumą per kitą galaktikos susijungimą, kuris įkvėptų papildomos medžiagos į sistemą, o gal ir trečią juodąją skylę, kad poros orbita pakankamai sulėtintų, kad ji susijungtų. Tačiau atsižvelgiant į tai, kad B2 0402+379 yra fosilijų spiečius, nauja galaktikų susijungimas mažai tikėtinas.
„Mes laukiame tolesnių B2 0402+379 branduolio tyrimų, kur pamatysime, kiek jame yra dujų“, – sakė Stanfordo magistrantūros studentas Tirthas Surti ir pagrindinis šio straipsnio autorius. „Tai suteiks mums daugiau informacijos apie tai, ar supermasyvios juodosios skylės laikui bėgant gali susijungti, ar jos išliks kaip dvejetainė sistema.
Taip pat skaitykite: