Odkryto dwie supermasywne czarne dziury, znajdujące się centrum odległej od Ziemi o około 9 miliardów lat świetlnych galaktyki. Jednym z astronomów, którzy zaobserwowali ten niezwykły układ jest nasz rodak – doktor Przemysław Mróz z Obserwatorium Astronomicznego UW.
Galaktyka PKS 2131-021 jest kwazarem, czyli galaktyką aktywną o ogromnej mocy. Astronomowie uważają, że w centrum każdego kwazara znajduje się olbrzymia czarna dziura, która pochłania spadający na nią gaz. W niektórych kwazarach tworzą się dżety – strugi materii wyrzucanej z kwazara z prędkością bliską prędkości światła. Badana galaktyka jest blazarem, czyli kwazarem, którego dżet skierowany jest w kierunku Ziemi. Kwazary emitują promieniowanie elektromagnetyczne w szerokim zakresie – od promieniowania rentgenowskiego, przez optyczne, aż po radiowe.
W artykule opublikowanym w prestiżowym czasopiśmie „Astrophysical Journal Letters” naukowcy dowodzą, że w środku galaktyki PKS 2131-021 znajduje się układ dwóch supermasywnych czarnych dziur. Ich ruch powoduje, że dżet zmienia swoje położenie. To z kolei oznacza okresowe zmiany jasności galaktyki w zakresie radiowym. Takie zmiany jasności zostały odkryte w archiwalnych danych zbieranych przez trzy amerykańskie obserwatoria radiowe: Owens Valley Radio Observatory (OVRO), University of Michigan Radio Astronomy Observatory (UMRAO) i Haystack Observatory.
Supermasywne czarne dziury się ze sobą na pewno zderzą, ale nie za naszego życia
Obie czarne dziury są ogromne, a masa każdej z nich jest setki milionów razy większa od masy Słońca. Obiegają się wzajemnie w ciągu około dwóch lat, a odległość między nimi wynosi 2000 jednostek astronomicznych. Dla porównania, kometa znajdująca się w tej samej odległości od Słońca obiega je z okresem 90 tysięcy lat. Czarne dziury wytwarzają w ten sposób fale grawitacyjne o ogromnej mocy, które powodują, że odległość między nimi szybko maleje. Do zderzenia i połączenia czarnych dziur dojdzie najprawdopodobniej za 10 tysięcy lat. Ostatnio mamy szczęście zaobserwować wiele fascynujących zjawisk tego typu. Pisaliśmy o tym na naszym blogu na przykład w tekście „Czarna dziura połyka gwiazdę neutronową”.
Doktor Przemysław Mróz z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, który był odpowiedzialny za matematyczne modelowanie krzywej blasku kwazaru, powiedział, że „kiedy zdaliśmy sobie sprawę, że archiwalne dane gromadzone przez ostatnie 45 lat wskazują na okresowe zmiany jasności kwazara, zrozumieliśmy, że to wyjątkowy obiekt”. Ponadto zauważa on, że „zazwyczaj kwazary charakteryzują się chaotyczną zmiennością, a ten obiekt jaśniał i słabł bardzo regularnie”.
Uważa się, że supermasywne czarne dziury znajdują się w centrach wszystkich galaktyk, w tym także w naszej Drodze Mlecznej. Kiedy dochodzi do połączenia się galaktyk, znajdujące się w ich centrach czarne dziury powinny utworzyć parę, a ostatecznie – połączyć się. Zderzenia galaktyk były stosunkowo częste w młodym Wszechświecie. Temu procesowi powinna towarzyszyć emisja fal grawitacyjnych, ale, jak dotąd, nie potwierdzono obserwacyjnie tej teorii. Odkrycie pary supermasywnych czarnych dziur w galaktyce PKS 2131-021 może być krokiem milowym dla badaczy w tej dziedzinie.
Supermasywne czarne dziury – przed nami ciągle jeszcze wiele nowych odkryć
Fale grawitacyjne zostały po raz pierwszy wykryte bezpośrednio przez obserwatoria LIGO i Virgo. W pracach tych obserwatoriów udział biorą astronomowie z Uniwersytetu Warszawskiego. Supermasywne czarne dziury w centrum galaktyki PKS 2131-021 są dziesiątki milionów razy bardziej masywne niż czarne dziury wykrywane przez LIGO i Virgo i dlatego emitowane przez nie fale grawitacyjne mają znacznie niższą częstotliwość niż możliwa do wykrycia przez te obserwatoria. Mogą jednak być wykrywane dzięki precyzyjnym obserwacjom pulsarów.
Według autorów publikacji, ich odkrycie powinno zostać potwierdzone w najbliższych latach. Pomóc mają eksperymenty z wykorzystaniem pulsarów do poszukiwania fal grawitacyjnych o niskiej częstotliwości, takie jak European Pulsar Timing Array (EPTA) czy North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav).
Jak powiedział dr hab. Szymon Kozłowski z Obserwatorium Astronomicznego UW, ekspert w dziedzinie zmienności kwazarów, „znamy bardzo małą liczbę potwierdzonych podwójnych supermasywnych czarnych dziur obiegających się wzajemnie, a nowo odkryty obiekt ma najkrótszy okres orbitalny z nich. To szalenie ciekawy i unikatowy obiekt”.
Czarne dziury to niezwykle interesujące obiekty. Zaledwie rok temu udowodniono, że chociaż ich polu grawitacyjnemu nie ucieknie nawet światło, to emitują one promieniowanie. Więcej pisaliśmy o tym w artykule „Czy czarne dziury promieniują?”.
Źródła: Nauka w Polsce i Obserwatorium Astronomiczne UW