Niesamowite odkrycie krążących wokół siebie supermasywnych czarnych dziur

Wizja artystyczna przedstawiająca dwie supermasywne czarne dziury podobne do tych obserwowanych przez badaczy z UNM, krążace wokół siebie ponad 750 milionów lat świetlnych od Ziemi. Źródło: Joshua Valenzuela/UNM

Po raz pierwszy w historii astronomowie z Uniwersytetu w Nowym Meksyku (UNM) zaobserwowali i zmierzyli ruch orbitalny dwóch supermasywnych czarnych dziur oddalonych od nas o kilkaset milionów lat świetlnych. Odkrycie to jest wynikiem ponad dziesięcioletniej pracy.

Karishma Bansal, doktorant na Wydziale Fizyki i Astronomii na UNM, jest głównym autorem artykułu zatytułowanego Contraining the Orbit of the Supermassive Black Hole Binary 0402+379 opublikowanego w periodyku The Astrophysical Journal. Wraz z prof. Gregiem Tayloerem oraz współpracownikami ze Stanfordu, Obserwatorium Marynarki Wojennej USA oraz Obserwatorium Gemini, przez ostatnie 12 lat badała ona oddziaływania między tymi dwoma czarnymi dziurami.

Przez długi czas spoglądaliśmy w przestrzeń kosmiczną w poszukiwaniu par takich supermasywnych czarnych dziur krążących wokół siebie jako skutek procesu łączenia dwóch galaktyk –  mówi Taylor.  Choć wielu naukowców było przekonanych, że takie pary powinny istnieć, jak dotąd nikomu nie udawało się ich zaobserwować.

Na początku 2016 roku międzynarodowy zespół badaczy obejmujący także badaczy z UNM, pracujących w projekcie LIGO wykrył fale grawitacyjne co automatycznie potwierdziło mające już 100 lat przypuszczenia Alberta Einsteina i zdumiło wielu naukowców. Analizy wykazały, że owe fale grawitacyjne zostały wyemitowane w procesie łączenia się dwóch czarnych dziur o masie gwiazdowej (ok. 30 mas Słońca). Teraz, dzięki najnowszym badaniom, naukowcy będą w stanie zacząć poznawać procesy prowadzące do łączenia supermasywnych czarnych dziur – momentu, w którym emitowane są silne zmarszczki czasoprzestrzeni, a tym samym dowiadywać się więcej o ewolucji galaktyk.

Wykorzystując VLBA (Very Long Baseline Array), system składający się z 10 radioteleskopów rozmieszczonych w USA i zarządzanych z Socorro w Nowym Meksyku, badacze byli w stanie zaobserwować kilka częstotliwości sygnałów radiowych emitowanych przez te supermasywne czarne dziury (SMBH). Po pewnym czasie astronomowie byli w stanie odtworzyć trajektorię obu obiektów i potwierdzić, że jest to wizualny układ podwójny. Innymi słowy, badacze obserwowali okrążające się wzajemnie dwie supermasywne czarne dziury.

Mapa radiogalaktyki 0402+379 na częstotliwości 15 GHz stworzona na podstawie danych z VLBA. W galaktyce znajdują się dwie supermasywne czarne dziury oznaczone jako C1 i C2. Źródło: UNM

Gdy dr Taylor pokazał mi te dane, dopiero zaczynałam uczyć się analizowania i obrazowania tego typu informacji –  przyznaje Bansal. Gdy dowiedziałam się, że mamy dane obejmujące okres od 2003 roku, połączyliśmy wszystkie dane i okazało się, że oba obiekty okrążają się wzajemnie. To naprawdę ekscytujące.

Dla Taylora odkrycie jest wynikiem ponad dwudziestoletniej pracy i wprost nieprawdopodobnego wyczynu w zakresie precyzji wymaganej do wykonania tych pomiarów. Przy odległości równej 750 milionów lat świetlnych od Ziemi, galaktyka 0402+379 i znajdujące się w niej czarne dziury są niesamowicie daleko. Na szczęście są one w idealnej odległości od Ziemi i od siebie, że mimo to możemy je dostrzec.

Bansal dodaje, że obie SMBH mają łączną masę rzędu 15 miliardów mas Słońca. Nieprawdopodobne rozmiary obu czarnych dziur oznaczają, że ich okres orbitalny wynosi 24 000 lat, dlatego też pomimo że astronomowie obserwują je od ponad dekady, to jeszcze nie są w stanie zauważyć jakiegokolwiek zakrzywienia ich orbity.

Mapa radiogalaktyki 0402+379 w fałszywym kolorze. Wewnątrz galaktyki znajdują się dwie supermasywne czarne dziury – przedstawione tutaj przez dyski akrecyjne i dżety. Źródło: UNM

Jeżeli wyobrazisz sobie ślimaka na powierzchni niedawno odkrytej planety krążącej wokół Proximy Centauri – 4,243 lata świetlne od Ziemi – poruszającego się z prędkością 1 cm/s… to właśnie o takiej zdolności rozdzielczej ruchu kątowego tu mówimy – mówi Roger W. Romani, profesor fizyki na Uniwersytecie Stanforda i członek zespołu badawczego.

Badanie orbit gwiazd podwójnych pozwoliło nam na znaczne powiększenie zasobów naszej wiedzy o gwiazdach –  mówi Bob Zavala, astronom z USNO. Teraz będziemy w stanie wykorzystać podobne techniki do zrozumienia supermasywnych czarnych dziur i galaktyk, w których się znajdują.

Zdjęcie centralnego obszaru galaktyki 0402+379 obejmującego dwa jądra C1 i C2, zidentyfikowane jako para supermasywnych czarnych dziur. Źródło: Bansal et al. NRAO/AUI/NSF

Dalsze obserwacje orbity i interakcji tych dwóch supermasywnych czarnych dziur może także pomóc nam lepiej zrozumieć przyszłość naszej własnej galaktyki. Aktualnie, galaktyka w Andromedzie, która także posiada supermasywną czarną dziurę w swoim centrum porusza się po kursie kolizyjnym z Drogą Mleczną, co oznacza, że procesy obserwowane przez Bansal i Taylor mogą za kilka miliardów lat zachodzić także w naszej galaktyce.

Supermasywne czarne dziury mają silny wpływ na gwiazdy znajdujące się w ich pobliżu oraz na wzrost i ewolucję swoich galaktyk macierzystych – tłumaczy Taylor. Dlatego też lepsza wiedza o nich pozwoli nam lepiej zrozumieć co się dzieje gdy takie obiekty się ze sob łączą.

Bansal dodaje, że zespół badawczy wykona kolejne obserwacje tego obiektu za 3-4 lata tak aby móc potwierdzić i sprecyzować parametry orbity obu czarnych dziur.

Źródło: UNM

  • Major Bień

    Porównanie do ślimaka zabójcze. Wow! 😀