Три масивне црне рупе на удаљености 12,5 милијарди година од нас уплетене су у смртоносни плес, који ће их врло вероватно постепено довести до спајања у још већу црну рупу.
Научници су открили црне рупе у галаксији која је толико удаљена да је њеној светлости требало 12,5 милијарди година да стигне до нас, што значи да је видимо онаквом каква је била мање од 1,3 милијарде година након Великог праска. То пружа снажне додатне доказе да је један од начина на који су црне рупе у раном свемиру тако брзо достигле огромне масе заправо било спајање. „Ово је први доказ о постојању три активне црне рупе у једној галаксији у далеком свемиру. То указује на чињеницу да су процеси у раном свемиру били ефикасни у приближавању масивних црних рупа једних другима, стварајући услове за спајања која очекујемо да ћемо детектовати помоћу будућих опсерваторија гравитационих таласа”, рекла је Хана Иблер, астрономкиња из Института Макс Планк за ванземаљску физику у Немачкој, која је водила истраживање.
Галаксија у којој се налазе црне рупе каталогизована је као Ј0148-4214 и толико је удаљена (црвени помак износи 5,0167) да свемирски телескоп Јames Webb (ЈWSТ), који је коришћен у овом открићу, није могао непосредно видети црне рупе. Уместо тога, јединица за спектроскопију интегрисаног поља на његовом спектрографу за блиску инфрацрвену светлост (NIRSpec) измерила је кретање водониковог гаса који се великом брзином врти око сваке црне рупе у акреционим дисковима што их окружују. „Подаци су нам омогућили не само да идентификујемо три црне рупе, већ и да проценимо њихове масе, стопе акреције и звездану масу галаксије. Утврђујемо да укупна звездана маса износи око 1,3 милијарде Сунчевих маса, а црне рупе представљају значајан део тога”, додао је Ђовани Мацолари из исте научне установе.
Две црне рупе налазе се у центру галаксије Ј0148-4214, а међусобно су удаљене 620 светлосних година. Једна има огромну масу 80 милиона пута већу од масе наше матичне звезде, с њена пратиља је сићушна црна рупа са 600.000 Сунчевих маса. Упркос малој маси, мања црна рупа расте огромном брзином јер акумулира гас брже од Едингтонове границе. То је теоретски максимална брзина којом материјал може падати ка црној рупи. Ако је брзина већа, акрециони диск око црне рупе постаје толико густ и врућ да зрачење из диска избацује материјал назад у свемир, чиме се зауставља интензивно пњење црне рупе. Уједно то значи да мања црна рупа моћи наставити да се увећава наведеном брзином кратко време, пре него што негативна повратна спрега заустави тај процес.
Трећа црна рупа је 5.500 светлосних година од центра исте галаксије и има масу два милиона пута већу од масе Сунца. То је отприлике половина масе супермасивне црне рупе у центру галаксије Млечни пут, познате као Sagitarius А*. Сматра се да су трећа црна, а врло вероватно и друга, доспеле у галаксију на своја места путем спајања галаксија. „Поменути резултати су изузетно узбудљиви. Указују на то да би спајање црних рупа могло представљати додатни, брз начин њиховог убрзаног пораста у раном свемиру”, објаснио је Роберто Мајолини са Универзитета Kембриџ, који је учествовао у истраживању.
Спајања црних рупа стварају избоје гравитационих таласа. Тренутни детектори гравитационих таласа, укључујући Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGО) у САД, Virgо у Италији и KAGRA у Јапану, могу детектовати гравитационе таласе високе фреквенције и кратке таласне дужине који настају спајањем црних рупа звездане масе, односно црних рупа које настају у одређеним експлозијама супернова. За детекцију гравитационих таласа много дуже таласне дужине и ниже фреквенције, који се јављају у спајању супермасивних црних рупа попут оних у галаксији Ј0148-4214, потребан је свемирски детектор чија би основица била дугачка више милиона километара. У ту сврху Европска свемирска агенција планира да пошаље у свемир три летелице LISА (Laser Interferometer Space Antenna); ако све буде према плану, требало би да буде одаслата средином тридесетих година. Свемирске летелице биће постављене у облику троугла, при чему ће свака страница троугла бити дугачка 2,5 милиона километара.
Те три свемирске летелице међусобно ће усмеравати ласерске зраке, тражећи промене у времену које је потребно тим да они пређу пут између њих самих, што би представљало доказ проласка гравитационог таласа дуге таласне дужине. Међутим, када је ријеч о реченој галаксији, постоји важна напомена, а то је да трећа црна рупа можда није на путањи судара с друге две. Могуће је да се креће ка изласку из галаксије. То је класичан проблем три тела како међусобно делују док орбитирају једно око другог.
Две мање црне рупе су можда ушле у галаксију као бинарни пар, а затим, док су се приближавале црној рупи масе 80 милиона Сунчевих маса, масивна је могла да зграби знатно мању, истовремено је избацујући великом брзином. Сличан ефекат видимо и у нашој галаксији код звезда огромне брзине које јуре ван Млечног пута. Некада су биле део бинарног пара звезда који се превише приближио црној рупи у центру наше галаксије. Једну је заробила црна рупа, док је друга избачена. Тренутно не постоји начин да се измери смјер кретања треће црне рупе у галаксији Ј0148-4214 и потврди хоће ли се она спојити с друге две црне рупе или побећи. Ако је побегла, могуће је да и данас, 12,5 милијарди година касније, сама и невидљива лута међугалактичким простором. Резултати истраживања објављени су у часопису Аstronomy & Аstrophysics.
(МPЕ/АI илустрација)
(Kликс)
