Користење на архивски телескопски податоци Близнаци Север, астрономите го измериле најтешкиот пар супермасивни црни дупки некогаш пронајдени. Спојувањето на две супермасивни црни дупки е феномен кој долго време се предвидуваше, но никогаш не беше забележан. Овој масивен пар дава индиции зошто таков настан изгледа малку веројатен во универзумот.
Скоро секоја масивна галаксија содржи супермасивна црна дупка во нејзиниот центар. Кога две галаксии се спојуваат, нивните црни дупки можат да формираат бинарен пар, односно да бидат во врзана орбита една со друга. Се претпоставува дека овие бинарни парови се предодредени да се спојат со текот на времето, но тоа никогаш не било забележано. Прашањето дали е возможен ваков настан е тема на дебата меѓу астрономите со децении.
Астрономите користеа податоци од телескопот Gemini North на Хаваи, кој е една половина од Меѓународната опсерваторија Gemini управувана од NOIRLab на Националниот институт за физика, за да ја анализираат супермасивната бинарна црна дупка лоцирана во елиптичната галаксија B2 0402+379. Тоа е единствената супермасивна бинарна црна дупка која е видена со доволно детали за да се видат двата објекти одделно, и го држи рекордот за најкратко растојание што е директно измерено, само 24 светлосни години. Иако ваквото блиско растојание навестува моќно спојување, понатамошната истрага откри дека парот бил заглавен на ова растојание повеќе од три милијарди години, што го поставува прашањето: Која е причината за доцнењето?
За подобро да ја разбере динамиката на овој систем и неговото закочено спојување, тимот се сврте кон архивските податоци од спектрографот со повеќе објекти на северот Gemini (GMOS), кој им овозможи да ги одредат брзините на ѕвездите во близина на црните дупки.
„Извонредната чувствителност на ГМОС ни овозможи да го мапираме зголемувањето на брзината на ѕвездите додека се приближуваат до центарот на галаксијата“, вели Роџер Романи, професор по физика на Универзитетот Стенфорд и коавтор на трудот. „Благодарение на ова, успеавме да донесеме заклучок за вкупната маса на црните дупки што се таму.
Тимот проценува дека масата на двојната црна дупка е 28 милијарди пати поголема од онаа на Сонцето, што го прави парот најтешката бинарна црна дупка досега измерена. Ова мерење не само што дава вреден контекст за формирањето на бинарниот систем и историјата на неговата галаксија домаќин, туку ја потврдува и долгогодишната теорија дека масата на супермасивна бинарна црна дупка игра клучна улога во спречувањето на потенцијалното спојување.
„Архивата со податоци на Меѓународната опсерваторија Gemini содржи златен рудник со неискористени научни откритија“, рече Мартин Стил, програмски директор на NSF за Меѓународната опсерваторија Gemini. „Мерењето на масата на оваа супермасивна бинарна црна дупка е впечатлив пример за потенцијалното влијание на новото истражување кое ја испитува оваа богата архива.
Разбирањето како овој бинарен настанал може да помогне да се предвиди дали и кога ќе се спои - неколку индиции покажуваат дека парот настанал од спојување на повеќе галаксии. Прво, B2 0402+379 е „фосилно јато“, односно резултат на спојување на ѕвезди и гас на цело јато галаксии во една масивна галаксија. Покрај тоа, присуството на две супермасивни црни дупки, во комбинација со нивната голема комбинирана маса, сугерира дека тие настанале од спојување на неколку помали црни дупки од различни галаксии.
По галактичкото спојување, супермасивните црни дупки не се судираат директно. Наместо тоа, тие почнуваат да летаат еден покрај друг, сместувајќи се во ограничена орбита. Со секое поминување, енергијата се пренесува од црните дупки до околните ѕвезди. Со губење на енергијата, парот се приближува сè поблиску сè додека не се оддалечени светлосни години, каде што владее гравитациското зрачење и тие се спојуваат. Овој процес е директно забележан во парови црни дупки со ѕвездена маса - првиот случај е забележан во 2015 година благодарение на детекцијата на гравитационите бранови - но никогаш не бил забележан во бинарни супермасивни системи.
Со новото сознание за екстремно големата маса на системот, тимот заклучи дека ќе биде потребен екстремно голем број ѕвезди за да се забави орбитата на двојниот систем доволно за да се доближат една до друга. Во тој процес, се чини дека црните дупки ја исфрлиле речиси целата материја околу нив, оставајќи го галактичкото јадро без ѕвезди и гас. Без повеќе материјал за дополнително забавување на орбитата на парот, нивното спојување заглави во последните фази.
„Галаксиите со полесни парови на црни дупки обично се чини дека имаат доволно ѕвезди и маса за брзо да се приближат“, вели Романи. „Бидејќи овој пар е толку тежок, му требаат многу ѕвезди и гас за да ја заврши работата. Но, бинарното ја исчисти централната галаксија од таква материја, оставајќи ја замрзната и достапна за наше проучување“.
Дали тие ќе ја надминат стагнацијата и на крајот ќе се спојат за милиони години или ќе останат во орбитална неизвесност засекогаш, останува да видиме. Ако се спојат, добиените гравитациски бранови ќе бидат 100 милиони пати помоќни од оние што се создаваат со спојување на црни дупки со ѕвездена маса.
Можно е парот да го надмине ова последно растојание преку друго галактичко спојување, кое би вдишувало дополнителен материјал во системот, или можеби трета црна дупка, за да ја забави орбитата на парот доволно за да се спои. Сепак, со оглед на статусот на B2 0402+379 како фосилно јато, ново спојување на галаксиите е малку веројатно.
„Со нетрпение очекуваме понатамошни студии за јадрото на B2 0402+379, каде што ќе видиме колку гас содржи“, рече Тирт Сурти, дипломиран студент на Стенфорд и главен автор на трудот. „Ова ќе ни даде повеќе увид во тоа дали супермасивните црни дупки можат да се спојат со текот на времето или дали ќе останат како бинарен систем“.
Прочитајте исто така: