Dostrzeżono dwie supermasywne czarne dziury na kursie kolizyjnym

W galaktyce oddalonej o nieco ponad 2,5 miliarda lat świetlnych od Układu Słonecznego, astronomowie zauważyli dwie supermasywne czarne dziury, które znajdują się na kursie kolizyjnym. Czarne dziury nadal są dość daleko od siebie. Naukowcy szacują, że do zderzenia może dojść nawet za ponad dwa miliardy lat.

Jeszcze przed spodziewaną kolizją, para supermasywnych czarnych dziur wyemituje fale grawitacyjne znacznie silniejsze niż te, które dotychczas odkryto. - Para supermasywynych czarnych dziur wytworzy najgłośniejsze fale grawitacyjne we Wszechświecie – powiedziała Chiara Mingarelli z Flatiron Institute's Center for Computational Astrophysics w Nowym Jorku.

Badania ukazały się na łamach pisma „The Astrophysical Journal Letters”.

Naukowcy mają nadzieję, że odkrycie to pomoże lepiej zrozumieć tło fali grawitacyjnej - hipotetyczny szum fal grawitacyjnych o niskiej częstotliwości ze źródeł takich jak supermasywne czarne dziury, które właśnie mają się połączyć. Para czarnych dziur pomoże także naukowcom oszacować, ile pobliskich supermasywnych czarnych dziur emituje fale grawitacyjne, które możemy wykryć.

Wykrycie tła fali grawitacyjnej pomoże rozwiązać niektóre z największych zagadek w astronomii, jak chociażby częstotliwość łączenia się galaktyk oraz czy supermasywne pary czarnych dziur w ogóle się łączą ze sobą, czy utrzymują się w niemal nieskończonym tańcu wokół siebie. - To ogromny wstyd dla astronomii, że nie wiemy, czy supermasywne czarne dziury się łączą ze sobą. To długotrwała zagadka, którą musimy rozwiązać – powiedziała współautorka badań Jenny Greene z Princeton University.

Prawie wszystkie galaktyki, w tym Droga Mleczna, zawierają co najmniej jedną supermasywną czarną dziurę w centrum. Gdy galaktyki się łączą, ich supermasywne czarne dziury spotykają się i zaczynają się nawzajem okrążać i podkradać sobie energię. Z czasem ta orbita zacieśnia się. Jednak gdy czarne dziury znajdą się wystarczająco blisko siebie, zbliżanie się ustanie. Niektóre badania teoretyczne sugerują, że czarne dziury następnie zatrzymają się w odległości około 1 parseka (około 3,2 lat świetlnych) od siebie. To spowolnienie może trwać w nieskończoność i znane jest jako problem ostatniego parseka. W tym scenariuszu tylko bardzo rzadkie grupy trzech lub więcej supermasywnych czarnych dziur mogą się połączyć.

Astronomom trudno jest obserwować takie zatrzymane zbliżenie. Molochy są zbyt blisko siebie, by odróżnić je jako dwa oddzielne obiekty. Co więcej, nie wytwarzają one silnych fal grawitacyjnych, dopóki nie pokonają problemu ostatniego parseka i nie zbliżą się do siebie. Nowo odkryte czarne dziury są obecnie oddalone od siebie o około 430 parseków.

Gdyby jednak problem ostatniego parseka nie istniał, astronomowie oczekują, że Wszechświat jest wypełniony zgiełkiem fal grawitacyjnych z łączenia się supermasywnych czarnych dziur. - Ten hałas jest nazywany tłem fali grawitacyjnej i przypomina trochę chaotyczny chór świerszczy – wyjaśnił Andy Goulding, współautor badań z Princeton University. - Nie możesz odróżnić jednego świerszcza od drugiego, ale wielkość hałasu pomaga oszacować, ile świerszczy tam jest – dodał.

Kiedy dwie supermasywne czarne dziury w końcu się połączą, wyemitują potężny „hałas”, który przyćmi wszystkie inne. Takie zdarzenie jest jednak krótkie i niezwykle rzadkie, więc naukowcy nie spodziewają się wykryć go w najbliższym czasie.

Fale grawitacyjne generowane przez supermasywne pary czarnych dziur znajdują się poza częstotliwościami obserwowanymi obecnie przez eksperymenty takie jak LIGO i Virgo. Zamiast tego łowcy fal grawitacyjnych polegają na układach szczególnych gwiazd zwanych pulsarami, które działają jak metronomy. Szybko wirujące gwiazdy wysyłają fale radiowe w stałym rytmie. Jeśli przechodząca fala grawitacyjna rozciąga lub kompresuje przestrzeń między Ziemią a pulsarem, rytm ten jest nieco zmieniony.

Źródło: Simons Foundation, fot. A.D. Goulding et al./Astrophysical Journal Letters