Astronomowie odnajdują pary czarnych dziur w łączących się galaktykach

Po raz pierwszy zespół astronomów zaobserwował kilka par galaktyk w końcowych etapach łączenia się w pojedyncze, większe galaktyki. Patrząc przez grube zasłony gazu i pyłu otaczające jądra łączących się galaktyk, zespół badaczy uchwycił pary supermasywnych czarnych dziur – z których kiedyś każda znajdowała się w centrum jednej z dwóch mniejszych galaktyk – zbliżające się do siebie, zanim połączą się w jedną, olbrzymią czarną dziurę.

Prowadzony przez Michaela Kossa zespół zbadał setki pobliskich galaktyk, korzystając ze zdjęć z Obserwatorium Kecka znajdującego się na Hawajach oraz z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Obserwacje z HST reprezentują 20-letni zbiór archiwum teleskopu.

Obrazy o wysokiej rozdzielczości dają bliższe spojrzenie na zjawiska, które według astronomów były częstsze we wczesnym Wszechświecie, gdy zderzenia między galaktykami następowały częściej. Kiedy czarne dziury wreszcie się zderzą, zaczną wyzwalać potężną energię w postaci fal grawitacyjnych – zmarszczek w czasoprzestrzeni, ostatnio wykrytych po raz pierwszy przez detektory LIGO.

Obrazy zwiastują także to, co może się wydarzyć za kilka miliardów lat, kiedy nasza Droga Mleczna połączy się z sąsiednią galaktyką Andromedy. Obie galaktyki posiadają w swoich jądrach supermasywne czarne dziury, które ostatecznie zderzą się i połączą w jedną większą czarną dziurę.

Zespół został zainspirowany zdjęciami z Hubble’a dwóch oddziałujących ze sobą galaktyk, nazwanych NGC 6240, które później służyły jako prototyp do badań. Najpierw zespół wyszukał aktywne czarne dziury, przekopując się przez dane rentgenowskie z 10 lat obserwacji wykonanych przez Burst Alert Telescope (BAT) znajdującym się na pokładzie obserwatorium Swift.

Zaletą BAT Swift jest to, że obserwuje on wysokoenergetyczne, „twarde” promieniowanie X. Promienie te przenikają przez gęste chmury pyłu i gazu otaczające aktywne galaktyki, pozwalając BAT widzieć rzeczy, które są niewidoczne na innych długościach fali.

Następnie naukowcy przeczesali archiwum Hubble’a, skupiając się na łączących się galaktykach, które zauważyli w danych rentgenowskich. Potem użyli super ostrego widzenia w bliskiej podczerwieni teleskopu Kecka, aby zaobserwować większą próbkę czarnych dziur wytwarzających promieniowanie rentgenowskie, które nie zostały znalezione w archiwum Hubble’a.

Zespół skupił się na galaktykach zlokalizowanych w odległości średnio 330 mln lat świetlnych od nas – stosunkowo blisko jak na kosmiczne odległości. Wiele galaktyk jest podobnych do Drogi Mlecznej i Andromedy. W sumie zespół przeanalizował 96 galaktyk zakonserwowanych przy użyciu teleskopu Kecka oraz 385 z archiwum Hubble’a.

Ich wyniki sugerują, że ponad 17% galaktyk zawiera parę czarnych dziur w swoim centrum, które są zamknięte w późnych stadiach orbitowania coraz bliżej wokół siebie, zanim połączą się w jedną, niezwykle masywną czarną dziurę. Naukowcy byli zaskoczeni, że znaleźli tak duży odłam późnych etapów fuzji, ponieważ symulacje sugerują, że większość par czarnych dziur spędza bardzo mało czasu w tej fazie.

Aby sprawdzić te wyniki, naukowcy porównali badane galaktyki z grupą kontrolną 176 innych galaktyk z archiwum Hubble’a, które nie posiadają aktywnie rosnących czarnych dziur. W tej grupie tylko około 1% badanych galaktyk podejrzewano o posiadanie pary czarnych dziur w późnych etapach łączenia się.

Ten ostatni krok pomógł badaczom potwierdzić, że świecące jądra galaktyk odkryte w spisie oddziałujących z pyłem galaktyk są rzeczywiście sygnaturą par szybko rosnących czarnych dziur zmierzających do zderzenia. Według naukowców odkrycie to jest zgodne z przewidywaniami teoretycznymi, ale do tej pory nie zostało zweryfikowane przez bezpośrednie obserwacje.

Nie jest łatwo znaleźć jądra galaktyczne tak blisko siebie. Większość wcześniejszych obserwacji łączenia się galaktyk uchwytywało scalające się czarne dziury na wczesnych etapach, kiedy znajdowały się 10 razy dalej od siebie. Późny etap procesu łączenia jest tak nieuchwytny, ponieważ galaktyki wchodzące w interakcje są otoczone gęstym pyłem i gazem, co wymaga obserwacji na bardzo wysokich rozdzielczościach, które mogą przechodzić przez chmury i lokalizować dwa łączące się jądra.

Przyszłe teleskopy na podczerwień, takie jak długo wyczekiwany Teleskop Jamesa Webba (JWST), którego start planowany jest na 2021 r. zapewnią lepszy wgląd w połączenia w zapylonych, silnie zasłoniętych galaktykach. JWST powinien również być w stanie mierzyć masy, szybkość wzrostu i inne parametry dla każdej czarnej dziury z bliskiej pary.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
University of Maryland

Dodaj komentarz

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.