Znamy masę najcięższego układu podwójnego czarnych dziur

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Dzięki archiwalnym danym z teleskopu Gemini North astronomom udało się określić masę najcięższej ze znanych par czarnych dziur. Połączenie się supermasywnych czarnych dziur (SMBH) to zjawisko przewidywane teoretycznie, ale nigdy nie zaobserwowane. Badania wspomnianych czarnych dziur – jedynej pary, którą udało się zobrazować tak dokładnie, że widać obie czarne dziury – pozwolą na opisanie, dlaczego do łączenia się SMBH dochodzi tak rzadko.

W centrum niemal każdej masywnej galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura. Gdy galaktyki się łączą, ich czarne dziury tworzą układ podwójny i krążą wokół siebie. Teoretycznie powinno to doprowadzić w końcu do ich połączenia. Jednak nigdy takiego zjawiska nie zaobserwowano. Dotychczas rejestrowano jedynie – za pośrednictwem wykrywaczy fal grawitacyjnych – łączenie się czarnych dziur o masie gwiazdowej.

Grupa astronomów wykorzystała Gemini North do analizowania układu podwójnego czarnych dziur znajdującego się w galaktyce eliptycznej B2 0402+379. Układ tworzą supermasywane czarne dziury krążące wokół siebie w odległości zaledwie 24 lat świetlnych. Zgodnie z teoretycznymi przewidywaniami, odległość między nimi powinna się zmniejszać aż dojdzie do połączenia. Jednak badania wykazały, że obiekty dzieli taka sama odległość od ponad trzech miliardów lat.

Naukowcy chcieli lepiej zrozumieć dynamikę tego systemu oraz poszukać przyczyn, dla których czarne dziury nie zbliżają się do siebie. Przyjrzeli się więc archiwalnym danym z Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS), dzięki którym mogli określić prędkość gwiazd w pobliżu obu czarnych dziur. Wysoka czułość GMOS pozwoliła nam na stwierdzenie, że prędkość gwiazd wzrasta w kierunku środka galaktyki. Dzięki temu mogliśmy określić masę czarnych dziur, mówi profesor fizyki Roger Romani z Uniwersytetu Stanforda.

Zespół Romaniego wyliczył, że masa układu to około 28 miliardów (±0,8 mld) mas Słońca. Jest to więc jeden z najbardziej masywnych układów podwójnych czarnych dziur. Wyniki pomiaru wspierają zaproponowaną już dawno teorię mówiącą, że masa SMBH może być tym czynnikiem, który nie dopuszcza do ich połączenia się.

Lepsze zrozumienie formowania się i łączenia układów podwójnych czarnych dziur pozwala też bardziej szczegółowo badać wielokrotne łączenia galaktyk. B2 0402+379 powstała bowiem w wyniku połączenia licznych mniejszych galaktyk. Również istnienie dwóch supermasywnych czarnych dziur sugeruje, że powstały one w wyniku łączenia wielu mniejszych czarnych dziur z licznych galaktyk.

Żeby krążące wokół siebie czarne dziury mogły się zbliżyć i połączyć, muszą wytracić energię. Najważniejszym mechanizmem jej utraty jest tarcie dynamiczne. W jego wyniku gdy taka krążąca czarna dziura zbliża się do gwiazdy, gwiazda jest przyspieszana w wyniku zjawiska asysty grawitacyjnej, a czarna dziura traci energię na przyspieszenie gwiazdy. W ten sposób z czasem obie czarne dziury wytracą energię i zaczną się do siebie zbliżać. Romani i jego koledzy doszli do wniosku, że badane przez nich czarne dziury niemal w całości pozbawiły centrum swojej galaktyki materii, nie ma więc ich co spowalniać.

Zwykle galaktyki z mniej masywnymi czarnymi dziurami mają w centrum wystarczająco dużo gwiazd i innej masy, by czarne dziury szybko wytraciły energię. Jednak obserwowana przez nas para jest bardzo masywna, więc potrzeba wielu gwiazd i gazu, by je spowolnić. Jednak nasza para pozbawiła centrum galaktyki tej masy, przez co doszło do zatrzymania procesu zbliżania się czarnych dziur, wyjaśnia Romani.

W tej chwili nie wiadomo, czy proces zbliżania się czarnych dziur może ponownie ruszyć. Mechanizmem, który mógłby go ponownie uruchomić byłoby połączenie się B2 0402+379 z kolejną galaktyką, co zapewniłoby dopływ materii do centrum i ewentualne pojawienie się tam trzeciej czarnej dziury. Jednak scenariusz taki jest mało prawdopodobny.

« powrót do artykułu