Archív teleszkóp adatok használata Gemini North, a csillagászok megmérték a valaha talált legnehezebb pár szupermasszív fekete lyukat. Két szupermasszív fekete lyuk egyesülése olyan jelenség, amelyet régóta megjósoltak, de soha nem figyeltek meg. Ez a hatalmas pár támpontokat ad arra vonatkozóan, hogy miért tűnik valószínűtlennek egy ilyen esemény az univerzumban.
Szinte minden hatalmas galaxis közepén szupermasszív fekete lyuk található. Amikor két galaxis egyesül, a fekete lyukak bináris párt alkothatnak, azaz kötött pályán lehetnek egymással. Feltételezik, hogy ezek a bináris párok idővel egyesülnek, de ezt soha nem figyelték meg. Évtizedek óta vita tárgya a csillagászok között, hogy lehetséges-e egy ilyen esemény.
A csillagászok a hawaii Gemini North teleszkóp adatait használták fel, amely az Országos Fizikai Intézet NOIRLab által üzemeltetett Gemini Nemzetközi Obszervatórium egyik fele a B2 0402+379 elliptikus galaxisban található szupermasszív bináris fekete lyuk elemzéséhez. Ez az egyetlen szupermasszív bináris fekete lyuk, amelyet elég részletesen láttak ahhoz, hogy mindkét objektumot külön-külön is lássák, és ez tartja a legrövidebb, közvetlenül mért távolság rekordját, mindössze 24 fényévet. Noha egy ilyen közeli távolság jó előrevetít egy erőteljes egyesülést, a további vizsgálat feltárta, hogy a pár több mint hárommilliárd éve ragadt ezen a távolságon, ami felveti a kérdést: mi a késés oka?
A rendszer dinamikájának és elakadt egyesülésének jobb megértése érdekében a csapat a Gemini North Multi-Object Spectrograph (GMOS) archív adataihoz fordult, amely lehetővé tette számukra a csillagok sebességének meghatározását a fekete lyukak közelében.
"A GMOS figyelemre méltó érzékenysége lehetővé tette számunkra, hogy feltérképezzük a csillagok sebességének növekedését a galaxis középpontjához közeledve" - mondta Roger Romani, a Stanford Egyetem fizikaprofesszora és a tanulmány társszerzője. "Ennek köszönhetően következtetést tudtunk levonni az ott található fekete lyukak teljes tömegéről."
A csapat becslése szerint a bináris fekete lyuk tömege 28 milliárdszorosa a Napénak, így ez a pár a valaha mért legnehezebb bináris fekete lyuk. Ez a mérés nemcsak a kettős rendszer kialakulásához és a befogadó galaxis történetéhez nyújt értékes kontextust, hanem megerősíti azt a régóta fennálló elméletet is, amely szerint a szupermasszív bináris fekete lyuk tömege kulcsszerepet játszik egy esetleges egyesülés visszatartásában.
"A Gemini International Observatory adatarchívuma kiaknázatlan tudományos felfedezések aranybányáját tartalmazza" - mondta Martin Still, a Gemini International Observatory NSF programigazgatója. "E szupermasszív bináris fekete lyuk tömegének mérése ékes példája annak, hogy milyen hatást gyakorolhat az új kutatás, amely ezt a gazdag archívumot vizsgálja."
Ha megértjük, hogyan alakult ki ez a bináris, az segíthet megjósolni, hogy egyesül-e, és mikor – számos jel arra utal, hogy a pár több galaxis egyesüléséből jött létre. Először is, a B2 0402+379 egy "kövületi halmaz", vagyis egy egész galaxishalmaz csillagainak és gázainak egy hatalmas galaxissá való egyesülésének eredménye. Ezenkívül két szupermasszív fekete lyuk jelenléte nagy össztömegükkel együtt arra utal, hogy különböző galaxisokból származó kisebb fekete lyukak egyesüléséből jöttek létre.
A galaktikus egyesülés után a szupermasszív fekete lyukak nem ütköznek frontálisan. Ehelyett elkezdenek elrepülni egymás mellett, és egy korlátozott pályára állnak. Minden egyes áthaladással az energia a fekete lyukakból a környező csillagokba kerül. Energiáját veszítve a pár egyre közelebb kerül egymáshoz, amíg fényévnyire nem lesznek egymástól, ahol a gravitációs sugárzás átveszi az uralmat, és egyesülnek. Ezt a folyamatot közvetlenül megfigyelték csillagtömegű fekete lyukpárokban – az első esetet 2015-ben jegyezték fel a gravitációs hullámok észlelésének köszönhetően –, de bináris szupermasszív rendszerekben soha nem figyelték meg.
A rendszer rendkívül nagy tömegére vonatkozó új ismeretekkel a csapat arra a következtetésre jutott, hogy rendkívül nagy számú csillagra van szükség ahhoz, hogy a kettős rendszer keringését annyira lelassítsák, hogy közelebb kerüljenek egymáshoz. A folyamat során úgy tűnik, hogy a fekete lyukak szinte az összes anyagot kilökték maguk körül, így a galaktikus mag csillagoktól és gázoktól mentes. Mivel nem volt több anyag a pár pályájának további lassításához, egyesülésük a végső szakaszában megakadt.
"A világosabb feketelyuk-párokkal rendelkező galaxisok általában elegendő csillaggal és tömeggel rendelkeznek ahhoz, hogy gyorsan közeledjenek" - mondja Romani. „Mivel ez a páros nagyon nehéz, sok csillagra és gázra van szüksége a munka elvégzéséhez. De a bináris megtisztította a központi galaxist az ilyen anyagoktól, így fagyott állapotban maradt, és elérhetővé tette tanulmányaink számára."
Hogy leküzdik-e a stagnálást, és végül évmilliók alatt egyesülnek-e, vagy örökre a pályán maradnak, az majd kiderül. Ha egyesülnek, a létrejövő gravitációs hullámok 100 milliószor erősebbek lesznek, mint azok, amelyeket a csillagtömegű fekete lyukak egyesítése okoz.
Lehetséges, hogy a pár leküzdheti ezt a végső távolságot egy másik galaktikus egyesüléssel, amely további anyagokat lehelne a rendszerbe, vagy esetleg egy harmadik fekete lyukat, hogy eléggé lelassítsa a pár keringését ahhoz, hogy egyesüljön. Tekintettel azonban a B2 0402+379 fosszilis halmaz státuszára, egy új galaxis egyesülése nem valószínű.
"Várjuk a B2 0402+379 magjával kapcsolatos további tanulmányokat, ahol meglátjuk, mennyi gázt tartalmaz" - mondta Tirth Surti, a Stanford végzős hallgatója és a tanulmány vezető szerzője. "Ezzel több betekintést nyerhetünk abba, hogy a szupermasszív fekete lyukak idővel egyesülhetnek-e, vagy megmaradnak-e bináris rendszerként."
Olvassa el még: