Tri masivne crne rupe na udaljenosti 12,5 milijardi godina od nas upletene su u smrtonosni ples, koji će ih vrlo verovatno postepeno dovesti do spajanja u još veću crnu rupu.
Naučnici su otkrili crne rupe u galaksiji koja je toliko udaljena da je njenoj svetlosti trebalo 12,5 milijardi godina da stigne do nas, što znači da je vidimo onakvom kakva je bila manje od 1,3 milijarde godina nakon Velikog praska. To pruža snažne dodatne dokaze da je jedan od načina na koji su crne rupe u ranom svemiru tako brzo dostigle ogromne mase zapravo bilo spajanje. „Ovo je prvi dokaz o postojanju tri aktivne crne rupe u jednoj galaksiji u dalekom svemiru. To ukazuje na činjenicu da su procesi u ranom svemiru bili efikasni u približavanju masivnih crnih rupa jednih drugima, stvarajući uslove za spajanja koja očekujemo da ćemo detektovati pomoću budućih opservatorija gravitacionih talasa”, rekla je Hana Ibler, astronomkinja iz Instituta Maks Plank za vanzemaljsku fiziku u Nemačkoj, koja je vodila istraživanje.
Galaksija u kojoj se nalaze crne rupe katalogizovana je kao J0148-4214 i toliko je udaljena (crveni pomak iznosi 5,0167) da svemirski teleskop James Webb (JWST), koji je korišćen u ovom otkriću, nije mogao neposredno videti crne rupe. Umesto toga, jedinica za spektroskopiju integrisanog polja na njegovom spektrografu za blisku infracrvenu svetlost (NIRSpec) izmerila je kretanje vodonikovog gasa koji se velikom brzinom vrti oko svake crne rupe u akrecionim diskovima što ih okružuju. „Podaci su nam omogućili ne samo da identifikujemo tri crne rupe, već i da procenimo njihove mase, stope akrecije i zvezdanu masu galaksije. Utvrđujemo da ukupna zvezdana masa iznosi oko 1,3 milijarde Sunčevih masa, a crne rupe predstavljaju značajan deo toga”, dodao je Đovani Macolari iz iste naučne ustanove.
Dve crne rupe nalaze se u centru galaksije J0148-4214, a međusobno su udaljene 620 svetlosnih godina. Jedna ima ogromnu masu 80 miliona puta veću od mase naše matične zvezde, s njena pratilja je sićušna crna rupa sa 600.000 Sunčevih masa. Uprkos maloj masi, manja crna rupa raste ogromnom brzinom jer akumulira gas brže od Edingtonove granice. To je teoretski maksimalna brzina kojom materijal može padati ka crnoj rupi. Ako je brzina veća, akrecioni disk oko crne rupe postaje toliko gust i vruć da zračenje iz diska izbacuje materijal nazad u svemir, čime se zaustavlja intenzivno pnjenje crne rupe. Ujedno to znači da manja crna rupa moći nastaviti da se uvećava navedenom brzinom kratko vreme, pre nego što negativna povratna sprega zaustavi taj proces.
Treća crna rupa je 5.500 svetlosnih godina od centra iste galaksije i ima masu dva miliona puta veću od mase Sunca. To je otprilike polovina mase supermasivne crne rupe u centru galaksije Mlečni put, poznate kao Sagitarius A*. Smatra se da su treća crna, a vrlo verovatno i druga, dospele u galaksiju na svoja mesta putem spajanja galaksija. „Pomenuti rezultati su izuzetno uzbudljivi. Ukazuju na to da bi spajanje crnih rupa moglo predstavljati dodatni, brz način njihovog ubrzanog porasta u ranom svemiru”, objasnio je Roberto Majolini sa Univerziteta Kembridž, koji je učestvovao u istraživanju.
Spajanja crnih rupa stvaraju izboje gravitacionih talasa. Trenutni detektori gravitacionih talasa, uključujući Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) u SAD, Virgo u Italiji i KAGRA u Japanu, mogu detektovati gravitacione talase visoke frekvencije i kratke talasne dužine koji nastaju spajanjem crnih rupa zvezdane mase, odnosno crnih rupa koje nastaju u određenim eksplozijama supernova. Za detekciju gravitacionih talasa mnogo duže talasne dužine i niže frekvencije, koji se javljaju u spajanju supermasivnih crnih rupa poput onih u galaksiji J0148-4214, potreban je svemirski detektor čija bi osnovica bila dugačka više miliona kilometara. U tu svrhu Evropska svemirska agencija planira da pošalje u svemir tri letelice LISA (Laser Interferometer Space Antenna); ako sve bude prema planu, trebalo bi da bude odaslata sredinom tridesetih godina. Svemirske letelice biće postavljene u obliku trougla, pri čemu će svaka stranica trougla biti dugačka 2,5 miliona kilometara.
Te tri svemirske letelice međusobno će usmeravati laserske zrake, tražeći promene u vremenu koje je potrebno tim da oni pređu put između njih samih, što bi predstavljalo dokaz prolaska gravitacionog talasa duge talasne dužine. Međutim, kada je riječ o rečenoj galaksiji, postoji važna napomena, a to je da treća crna rupa možda nije na putanji sudara s druge dve. Moguće je da se kreće ka izlasku iz galaksije. To je klasičan problem tri tela kako međusobno deluju dok orbitiraju jedno oko drugog.
Dve manje crne rupe su možda ušle u galaksiju kao binarni par, a zatim, dok su se približavale crnoj rupi mase 80 miliona Sunčevih masa, masivna je mogla da zgrabi znatno manju, istovremeno je izbacujući velikom brzinom. Sličan efekat vidimo i u našoj galaksiji kod zvezda ogromne brzine koje jure van Mlečnog puta. Nekada su bile deo binarnog para zvezda koji se previše približio crnoj rupi u centru naše galaksije. Jednu je zarobila crna rupa, dok je druga izbačena. Trenutno ne postoji način da se izmeri smjer kretanja treće crne rupe u galaksiji J0148-4214 i potvrdi hoće li se ona spojiti s druge dve crne rupe ili pobeći. Ako je pobegla, moguće je da i danas, 12,5 milijardi godina kasnije, sama i nevidljiva luta međugalaktičkim prostorom. Rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu Astronomy & Astrophysics.
(MPE/AI ilustracija)
(Kliks)
