Kosmiczne obserwatoria spojrzały w serce pary zderzających się galaktyk i odkryły bliźniacze supermasywne czarne dziury tańczące wokół siebie.
Z praktycznego punktu widzenia, gwiazdy podróżujące w przestrzeni kosmicznej nigdy nie zderzają się ze sobą. Stosunek między średnicą gwiazdy podobnej do Słońca a jej odległością od sąsiedniej gwiazdy wynosi około 1:10 000 000. Galaktyki jednak się zderzają. Odległość między naszą Drogą Mleczną a sąsiednią galaktyką Andromedy wynosi aż 2,2 miliona lat świetlnych. To stosunek wynoszący zaledwie 1:20. W końcu dojdzie do zderzenia i połączenia tych dwóch olbrzymów.
Kiedy galaktyki zderzają się, ich czarne dziury łączą się w jedną olbrzymią czarną dziurę. Prawie wszystkie galaktyki zawierają supermasywne czarne dziury w swoich jądrach. Kosmiczny Teleskop Hubble’a i Obserwatorium Rentgenowskie Chandra spojrzały w serce pary zderzających się galaktyk i odkryły bliźniacze supermasywne czarne dziury tańczące wokół siebie. Duet czarnych dziur, wypełniony ulatniającym się gazem, świeci jasno jako aktywne jądro galaktyczne (AGN). Znajdują się one w odległości około 300 lat świetlnych od siebie – jest to najbliższa para AGN widoczna w świetle widzialnym i rentgenowskim.
Ta para AGN jest najbliższą wykrytą w lokalnym Wszechświecie przy użyciu obserwacji na wielu długościach fal (światło widzialne i rentgenowskie). Podczas gdy wcześniej znaleziono kilkadziesiąt podwójnych czarnych dziur, ich odległości są zazwyczaj większe niż ta, którą odkryto w bogatej w gaz galaktyce MCG-03-34-64. Astronomowie korzystający z radioteleskopów zaobserwowali jedną parę podwójnej czarnej dziury w jeszcze bliższej odległości niż w MCG-03-34-64, ale bez powodzenia na innych długościach fal.
Takie układy podwójne AGN były prawdopodobnie bardziej powszechne we wczesnym Wszechświecie, gdy częściej dochodziło do łączenia się galaktyk. Odkrycie to pozwala przyjrzeć się z bliska pobliskiemu przykładowi, znajdujemy się w odległości około 800 milionów lat świetlnych.
Odkrycie było przypadkowe. Obrazowanie Hubble’a w wysokiej rozdzielczości ujawniło trzy optyczne kolce dyfrakcyjne zagnieżdżone wewnątrz galaktyki macierzystej, wskazujące na dużą koncentrację świecącego tlenu na bardzo małym obszarze. Nie spodziewaliśmy się zobaczyć czegoś takiego – powiedziała Anna Trindade Falcão z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian w Cambridge, Massachusetts, główna autorka artykułu opublikowanego 9 września 2024 roku w The Astrophysical Journal. Ten widok nie jest częstym zjawiskiem w pobliskim Wszechświecie i powiedział nam, że wewnątrz galaktyki dzieje się coś innego.
Kolce dyfrakcyjne to artefakty obrazowania powstające, gdy światło z bardzo małego obszaru w przestrzeni zakrzywia się wokół lustra wewnątrz teleskopu.
Zespół Falcão zbadał następnie tę samą galaktykę w świetle rentgenowskim za pomocą obserwatorium Chandra, aby dowiedzieć się, co się dzieje. Kiedy spojrzeliśmy na MCG-03-34-64 w paśmie rentgenowskim, zobaczyliśmy dwa oddzielne, potężne źródła wysokoenergetycznej emisji, pokrywające się z jasnymi punktami optycznymi światła widzianymi przez HST. Połączyliśmy te elementy i doszliśmy do wniosku, że prawdopodobnie patrzymy na dwie blisko siebie położone supermasywne czarne dziury – powiedziała Falcão.
Aby wesprzeć swoją interpretację, naukowcy wykorzystali archiwalne dane radiowe z Very Large Array w Nowym Meksyku. Energetyczny duet czarnych dziur emituje również potężne fale radiowe. Kiedy widzisz jasne światło w zakresie optycznym, rentgenowskim i radiowym, wiele rzeczy można wykluczyć, pozostawiając wniosek, że można je wyjaśnić jedynie jako bliskie czarne dziury. Po złożeniu wszystkich elementów razem otrzymujemy obraz duetu AGN – powiedziała Falcão.
Trzecie źródło światła widziane przez Hubble’a jest nieznanego pochodzenia i potrzeba więcej danych, aby je zrozumieć. Może to być gaz, który jest wstrząsany energią ze strumienia skrajnie szybkiej plazmy wystrzeliwanej z jednej z czarnych dziur, niczym strumień wody z węża ogrodowego uderzający w stertę piasku.
Dwie supermasywne czarne dziury znajdowały się kiedyś w jądrach swoich macierzystych galaktyk. Połączenie galaktyk sprawiło, że czarne dziury znalazły się blisko siebie. Będą one nadal zbliżać się do siebie, aż w końcu połączą się – być może za 100 milionów lat – wstrząsając strukturą przestrzeni i czasu w postaci fal grawitacyjnych.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Chandra