Wędrujące supermasywne czarne dziury – te, które nie leżą w centrach swoich galaktyk – mogą być trudne do znalezienia, lecz nie wszystkie z tych, które wędrują, są zgubione! Nowe badania pokazują, w jaki sposób możemy mieć nadzieję na odkrycie w przyszłości tych zaginionych nomadów.
Kiedy galaktyki się zdarzają
Wiemy, że w centrum każdej masywnej galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura o masie od milionów do miliardów mas Słońca. Centra galaktyk nie są jedynym miejscem, gdzie mogą czaić się supermasywne czarne dziury! W rzeczywistości, spodziewamy się, że większość galaktyk jest siedliskiem o wiele większej ilości tych potworów. Dlaczego? Ponieważ galaktyki łączą się.
Struktura naszego Wszechświata jest w dużej mierze zbudowana hierarchicznie: z biegiem czasu galaktyki często zderzały się ze sobą, powiększały się stopniowo z każdym połączeniem. Jednak z każdym z tych połączeń, co najmniej dwie supermasywne czarne dziury – po jednej z każdej z łączących się galaktyk – zostają wprowadzone w powstałe zamieszanie.
Podczas gdy gaz i gwiazdy układają się w nową galaktykę i ostatecznie zacierają wszelkie ślady zderzenia, czarne dziury nie zachowują się tak dobrze. Symulacje pokazują, że te supermasywne czarne dziury mogą potrzebować miliardów lat, aby dotrzeć do centrum nowo powstałej galaktyki i połączyć się – jeżeli w ogóle się tam znajdą.
Wraz z kolejnymi zderzeniami galaktyk, powstaje coraz więcej „wędrujących” poza centrum supermasywnych czarnych dziur – w dzisiejszych czasach galaktyki mogą potencjalnie posiadać dziesiątki czarnych dziur o masach przekraczających milion mas Słońca. Jak więc znaleźć tę rozległą populację wędrowców? Nowe badania przeprowadzone przez Angelo Ricarte (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian; Black Hole Initiative) eksplorują tę możliwość.
Ujawniania ukrytej populacji
Ricarte i jego współpracownicy używają zestawu symulacji kosmologicznych o nazwie ROMULUS, aby stworzyć realistyczne przewidywania dotyczące czarnych dziur czających się we Wszechświecie. Symulacje te uważnie śledzą pozycje i dynamikę supermasywnych czarnych dziur w miarę jak galaktyki łączą się i ewoluują w czasie. Pozwala to nam badać populację wędrujących supermasywnych czarnych dziur, które według przewidywań mogą powstać w galaktykach w różnych okresach we Wszechświecie.
Na podstawie tej symulowanej populacji, autorzy przewidują sposoby, w jakie wędrowcy mogą zdradzić swoje położenie:
1. Bardzo jasne źródła promieniowania X
Niektóre pobliskie, akrecyjne, wędrujące czarne dziury powinny być wykrywalne jako niezwykle jasne źródła promieniowania rentgenowskiego.
2. Podwójne aktywne jądra galaktyk
Symulacje przewidują, że galaktyki będą często gościć więcej niż jedną dramatycznie akreującą supermasywną czarną dziurę – szczególnie w wyższych przesunięciach ku czerwieni.
3. Rentgenowskie halo
Jeżeli czarne dziury są zbyt odległe lub niewyraźne, by można było je dostrzec pojedynczo, możemy zidentyfikować wędrowców poprzez zestawienie obrazów galaktyk o podobnej masie. „Halo” nadmiaru promieniowania rentgenowskiego może być wykorzystane do opisania populacji wędrujących czarnych dziur.
4. Zaburzenia pływowe
Wędrujące supermasywne czarne dziury mogą rozrywać gwiazdy, które za bardzo zbliżają się do nich! Takie zaburzenia powinny generować przejściowe sygnały oddalone od centrów galaktyk.
Symulacje ROMULUS pokazują, że dla czarnych dziur mniejszych niż 10 mld mas Słońca, wędrowcy znacznie przewyższają liczebnie centralne supermasywne czarne dziury we Wszechświecie. Praca Ricarte i jego współpracowników pokazuje, że będziemy musieli uważnie rozważyć tę koczowniczą populację podczas analizowania naszych obserwacji Wszechświata.
Więcej informacji:
- The Hunt for Wandering Black Holes
- Unveiling the Population of Wandering Black Holes via Electromagnetic Signatures
Źródło: AAS
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Symulowany obraz czarnej dziury wędrującej w Drodze Mlecznej. Źródło: SXS Lensing
