To najcięższa para czarnych dziur, jaką udało się zmierzyć

Supermasywne czarne dziury znajdują się w centrum wielu galaktyk, w tym także Drogi Mlecznej. Gdy dwie galaktyki łączą się, ich centra mogą utworzyć układ podwójny i znaleźć się na orbicie dookoła siebie nawzajem. Według jednej z hipotez, supermasywne czarne dziury mogą się w pewnym momencie połączyć, jednak taki przypadek nie został jeszcze nigdy zaobserwowany. Jak wynika z badania opublikowanego na łamach czasopisma "The Astrophysical Journal", bliskie spotkanie dwóch czarnych dziur nie oznacza jednak ich rychłego połączenia.

Badacze przeprowadzili analizę podwójnego układu supermasywnych czarnych dziur umiejscowionego w centrum galaktyki B2 0402+379. Za pomocą teleskopu Gemini North na Hawajach udało się im oddzielnie zaobserwować obydwa obiekty, co stanowi rekord wśród prowadzonych w takiej skali badań - odległość pomiędzy czarnymi dziurami wynosi zaledwie 24 lata świetlne. Masa układu podwójnego okazała się być aż 28 miliardów razy większa od masy Słońca, co oznacza, że mamy do czynienia z najcięższym takim układem podwójnym, jaki udało nam się zmierzyć.

- Mierząc rosnące prędkości gwiazd w sąsiedztwie czarnych dziur udało nam się określić całkowitą masę obiektów - powiedział Roger Romani z Uniwersytetu Stanforda w USA, współautor artykułu naukowego.

Chociaż masywne obiekty znajdują się blisko siebie, analiza danych pokazała, że pozostały w tej konfiguracji przez ponad trzy miliony lat bez zbliżania się. Według naukowców, przypadek ten wydaje się potwierdzać inną hipotezę dotyczącą podwójnych układów. Według niej sama masa gigantycznych czarnych dziur może powstrzymywać je przed połączeniem w jeden obiekt.

Aby zrozumieć istotę tego procesu, należy najpierw przyjrzeć się otoczeniu czarnych dziur. B2 0402+379 powstała w wyniku połączenia się w jedno takiej ilości gwiazd, gazu i pyłu, że wystarczyłoby go do stworzenia całej gromady galaktyk. Ponadto obecność dwóch supermasywnych czarnych dziur sugeruje, że powstały one w wyniku połączenia się wielu mniejszych czarnych dziur z wielu galaktyk.

Po połączeniu galaktyk supermasywne czarne dziury nie zderzają się, ale zamiast tego zaczynają się mijać po określonych orbitach. Przy każdym mijaniu się, energia z nich jest przekazywana do otaczających je gwiazd. Tracąc energię, para czarnych dziur jest ciągnięta coraz bliżej i bliżej, aż do momentu, gdy wzajemna grawitacja spowoduje ich stopienie się. Proces ten został zaobserwowany w parach czarnych dziur o masie gwiazdowej, ale nigdy w ich supermasywnych "kuzynach".

Aby spowolnić orbity w tak masywnym układzie, potrzeba wielu gwiazd. Problem w tym, że w jądrze galaktyki prawdopodobnie nie ma wystarczającej ilości gwiazd i gazu, by tego dokonać - wędrujące dookoła siebie czarne dziury wyrzuciły stamtąd prawie całą materię. Bez obiektów, które mogłyby spowolnić orbitę pary, ich fuzja utknęła w końcowej fazie.

- Galaktyki z lżejszymi parami czarnych dziur mają wystarczająco dużo gwiazd i masy, aby szybko połączyć się ze sobą - powiedział Romani. - Ponieważ jednak ta para jest tak ciężka, zadanie to wymagało ogromnych nakładów materii, którą układ podwójny zdążył już skutecznie wyczyścić - dodał.

Nie wiadomo jeszcze, czy para przezwycięży stagnację i ostatecznie połączy się, czy też pozostanie w orbitalnym zawieszeniu na zawsze. Mogłaby ona pokonać ostatnie lata świetlne dzięki fuzji z kolejną galaktyką, która zasiliłaby układ dodatkową materią lub trzecią czarną dziurą, która spowolniłaby orbitę pary na tyle, by doszło do połączenia.

- Z niecierpliwością czekamy na dalsze badania jądra B2 0402+379, podczas których przyjrzymy się ilości obecnego w nim gazu. Powinno to dać nam lepszy wgląd w to, czy supermasywne czarne dziury mogą się ostatecznie połączyć, czy też pozostaną wiecznie związane jako układ podwójny - dodał Tirth Surti z Uniwersytetu Stanforda, główny autor badania.