Kosmiczne obserwatoria spojrzały w serce pary zderzających się galaktyk i odkryły bliźniacze supermasywne czarne dziury tańczące wokół siebie.
Z praktycznego punktu widzenia gwiazdy podróżujące w przestrzeni kosmicznej nigdy nie zderzają się ze sobą. Stosunek między średnicą gwiazdy podobnej do Słońca a jej odległością od sąsiedniej gwiazdy wynosi około 1:10 000 000. Galaktyki jednak się zderzają. Odległość między naszą Drogą Mleczną a sąsiednią galaktyką Andromedy wynosi aż 2,2 miliona lat świetlnych (stosunek zaledwie 1:20). W końcu dojdzie do zderzenia i połączenia tych dwóch olbrzymów.
Kiedy galaktyki zderzają się, ich czarne dziury łączą się w jedną olbrzymią czarną dziurę. Prawie wszystkie galaktyki zawierają supermasywne czarne dziury w swoich jądrach. Kosmiczny Teleskop Hubble’a (Hubble Space Telescope, HST) i Obserwatorium Rentgenowskie Chandra spojrzały w serce pary zderzających się galaktyk i odkryły bliźniacze supermasywne czarne dziury tańczące wokół siebie. Duet czarnych dziur, wypełniony ulatniającym się gazem, świeci jasno jako aktywne jądro galaktyczne (active galactic nucleus, AGN). Znajdują się one w odległości około 300 lat świetlnych od siebie – to najbliższa para AGN widoczna w świetle widzialnym i rentgenowskim.
Ta para AGN jest najbliższą wykrytą w lokalnym Wszechświecie przy użyciu obserwacji na wielu długościach fal (światło widzialne i rentgenowskie). Podczas gdy wcześniej znaleziono kilkadziesiąt podwójnych czarnych dziur, odległości między nimi są zazwyczaj większe niż w przypadku tych, które odkryto w bogatej w gaz galaktyce MCG-03-34-64. Astronomowie korzystający z radioteleskopów zaobserwowali podwójną czarną dziurę w jeszcze bliższej odległości niż w MCG-03-34-64, ale bez potwierdzenia na innych długościach fal.
Takie układy podwójne AGN były prawdopodobnie bardziej powszechne we wczesnym Wszechświecie, gdy częściej dochodziło do łączenia się galaktyk. Odkrycie to pozwala przyjrzeć się z bliska pobliskiemu przykładowi (w odległości około 800 milionów lat świetlnych).
Odkrycie było przypadkowe. Obrazowanie HST w wysokiej rozdzielczości ujawniło trzy optyczne kolce dyfrakcyjne zagnieżdżone wewnątrz galaktyki macierzystej, wskazujące na dużą koncentrację świecącego tlenu na bardzo małym obszarze. Nie spodziewaliśmy się zobaczyć czegoś takiego – powiedziała Anna Trindade Falcão z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, główna autorka artykułu opublikowanego 9 września 2024 roku w „The Astrophysical Journal”. Ten widok nie jest częstym zjawiskiem w pobliskim Wszechświecie i uznaliśmy, że wewnątrz galaktyki dzieje się coś innego.
Kolce dyfrakcyjne to artefakty obrazowania powstające, gdy światło z bardzo małego obszaru w przestrzeni zakrzywia się wokół lustra wewnątrz teleskopu.
Zespół Falcão zbadał następnie 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 pokrywające się z jasnymi punktami optycznymi światła widzianymi przez HST. Połączyliśmy te elementy i doszliśmy do wniosku, że prawdopodobnie patrzymy na dwie supermasywne czarne dziury położone blisko siebie – powiedziała Falcão.
Aby lepiej zinterpretować obserwacje, naukowcy wykorzystali archiwalne dane radiowe z Very Large Array (VLA) w Nowym Meksyku. Energetyczny duet czarnych dziur emituje również potężne fale radiowe. Kiedy widzisz jasne światło w zakresie optycznym, rentgenowskim i radiowym, wiele rzeczy można wykluczyć. Pozostaje wniosek, że można je wyjaśnić jedynie jako parę czarnych dziur. Po złożeniu wszystkich elementów razem otrzymujemy obraz duetu AGN – powiedziała Falcão.
Trzecie źródło światła widziane przez HT jest nieznanego pochodzenia i potrzeba więcej danych. Może to być gaz wstrząsany energią ze strumienia skrajnie szybkiej plazmy wystrzeliwanej z jednej z czarnych dziur (przywodzi to na myśl strumień wody z węża ogrodowego uderzający w stertę piasku).
Dwie supermasywne czarne dziury znajdowały się kiedyś w jądrach swoich macierzystych galaktyk. Połączenie tych galaktyk sprawiło, że czarne dziury znalazły się blisko jedna drugiej. Będą nadal zbliżać się do siebie, aż w końcu połączą się – być może za 100 milionów lat – wstrząsając strukturą przestrzeni i czasu w postaci fal grawitacyjnych.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- NASA's Hubble, Chandra Find Supermassive Black Hole Duo
- Resolving a Candidate Dual Active Galactic Nucleus with ∼100 pc Separation in MCG-03-34-64
Źródło: Chandra
Na ilustracji: Wizja artystyczna pary aktywnych czarnych dziur w sercu dwóch łączących się galaktyk. Źródło: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)
