Para gigantycznych czarnych dziur na zdjęciu Galaktyki Andromedy

Okazuje się, że nawet czarne dziury nie potrafią się oprzeć pokusie, aby nie wyskoczyć nieoczekiwanie na zdjęciu. W tle zdjęcia pobliskiej Galaktyki Andromedy naukowcy odkryli najciaśniejszą dotąd obserwowaną parę supermasywnych czarnych dziur.

Astronomowie dokonali swojego odkrycia wykorzystując dane rentgenowskie zebrane za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra oraz dane optyczne z naziemnych teleskopów Gemini North na Hawajach oraz Palomat Transient Factory w Kalifornii.

Nietypowe źródło LGGS J004527.30+413254.3 (w skrócie J0045+41) zostało dostrzeżone na zdjęciach wykonanych w zakresie optycznym i rentgenowskim przedstawiających galaktykę w Andromedzie, znaną także jako M31. Do niedawna naukowcy uważali, że J0045+41 to obiekt znajdujący się wewnątrz M31, dużej galaktyce znajdującej się stosunkowo blisko w odległości około 2,5 miliona lat świetlnych od Ziemi. Nowe dane wskazują jednak, że J0045+41 znajduje się znacznie dalej, ok. 2,6 miliarda lat świetlnych od Ziemi.

„Poszukiwaliśmy szczególnego typu gwiazdy w M31 i wydawało nam się, że ją znaleźliśmy” mówi Trevor Dorn-Wallenstein z University of Washington w Seattle, WA, który kierował pracami nad artykułem opisującym odkrycie. „Z zaskoczeniem stwierdziliśmy, że znaleźliśmy coś dużo ciekawszego”!

Nawet ciekawsze od potężnej odległości do J0045+41 jest fakt, że obiekt ten to w rzeczywistości para gigantycznych czarnych dziur ciasno krążących wokół wspólnego środka masa. Szacowana łączna masa obu czarnych dziur to około dwieście milionów mas Słońca.

Wcześniej inny zespół astronomów zaobserwował okresową zmienność układu J0045+41 w zakresie optycznym – zakładając, że źródło znajduje się wewnątrz M31 naukowcy stwierdzili, że to para gwiazd okrążająca wspólny środek masy co 80 dni.

Intensywność źródła w zakresie rentgenowskim obserwowana za pomocą Obserwatorium Chandra dowodzi, że ta pierwotna klasyfikacja była niewłaściwa. Zamiast tego J0045+41 musiał być albo układem podwójnym wewnątrz M31 zawierającym gwiazdę neutronową lub czarną dziurę odzierającą materię ze swojego gwiezdnego towarzysza albo znacznie masywniejszy i znacznie odleglejszy układ zawierający co najmniej jedną szybko rosnącą supermasywną czarną dziurę.

Jednak widmo wykonane za pomocą teleskopu Gemini-North dowiodło, że J0045+41 musi zawierać co najmniej jedną supermasywną czarną dziurę i umożliwiło badaczom oszacowanie odległości do tego układu. Co więcej, widmo dostarczyło dowodów na to, że wewnątrz układu może znajdować się także druga czarna dziura poruszająca się z inną prędkością niż pierwsza, co ma sens jeżeli obie czarne dziury krążą wokół wspólnego środka masy.

Następnie badacze wykorzystali dane optyczne z teleskopu Palomar Transient Factory do poszukiwania okresowych zmian w układzie J0045+41. W toku badań udało się odkryć kilka okresowych zmian o okresie 80 i 230 dni. Stosunek długości okresów zgadza się z teoretycznymi przewidywaniami dynamiki dwóch olbrzymich czarnych dziur krążących wokół wspólnego środka masy.

„To pierwsze w historii tak silne dowody na odkrycie pary krążących wokół siebie potężnych czarnych dziur” mówi współautorka opracowania Emily Levesque z University of Washington.

Badacze szacują, że obie czarne dziury krążą w odległości zaledwie kilkuset jednostek astronomicznych od siebie – to mniej niż 0,01 roku świetlnego. Dla porównania najbliższa nam gwiazda inna niż Słońce znajduje się w odległości 4,26 lat świetlnych.

Układ ten mógł powstać w wyniku połączenia dwóch galaktyk miliardy lat temu.

„Nie jesteśmy w stanie określić jaką masę ma każda z tych dwóch dziur” mówi współautor artykułu Jon Ruan. „W zależności od mas obu składników, czarne dziury mogą połączyć się w jedną najszybciej za około 350 lat, a najpóźniej za 360 000 lat„.

Jeżeli w układzie J0045+41 faktycznie znajdują się dwie ciasno orbitujące czarne dziury, układ ten będzie emitował fale grawitacyjne, choć sygnał ten będzie za słaby, aby zarejestrować go za pomocą LIGO czy Virgo.

Źródło: Chandra X-ray Observatory