NASA:Δύο υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες σε πορεία σύγκρουσης σε κοντινό γαλαξία

Η απεικόνιση ενός καλλιτέχνη ενός ζεύγους ενεργών μαύρων οπών στην καρδιά δύο συγχωνευόμενων γαλαξιών. Το καθένα περιβάλλεται από έναν δίσκο προσαύξησης θερμού αερίου με υλικό που εκτοξεύεται κατά μήκος των αξόνων περιστροφής τους. Περιορισμένοι από ισχυρά μαγνητικά πεδία, οι πίδακες φλέγονται στο διάστημα με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός ως καταστροφικές δέσμες ενέργειας. Πιστώσεις:NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI).

Μια νέα μελέτη αποκάλυψε ένα εκπληκτικό ζευγάρι:δύο υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, που χωρίζονται από μόλις 100 parsecs (ή 326 έτη φωτός). Στο μεγάλο σχέδιο του διαστήματος, αυτό είναι πολύ κοντά. Η ανακάλυψη έγινε στον γαλαξία MCG-03-34-64, 800 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Και το εύρημα είναι εκπληκτικό λόγω του πόσο κοντά είναι οι δύο μαύρες τρύπες. Οι περισσότερες διπλές μαύρες τρύπες είναι είτε πολύ πιο μακριά μεταξύ τους είτε είναι δύσκολο να εντοπιστούν, επειδή συχνά καλύπτονται από σκόνη και αέριο σε συγχωνεύσεις σε τελευταίο στάδιο.

«Δεν περιμέναμε να δούμε κάτι τέτοιο», είπε η Anna Trindade Falcão του Κέντρου Αστροφυσικής, Harvard &Smithsonian στο Κέιμπριτζ της Μασαχουσέτης και επικεφαλής συγγραφέας της εργασίας που δημοσιεύτηκε στο The Astrophysical Journal .

Αυτό το εύρημα είναι μεταξύ των πλησιέστερων διπλών ενεργών γαλαξιακών πυρήνων (AGN) που έχουν παρατηρηθεί μέχρι σήμερα. Χρησιμοποιώντας μια εντυπωσιακή σειρά εργαλείων, όπως το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble (HST), το Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra και το Very Large Array (VLA), οι ερευνητές όχι μόνο επιβεβαίωσαν την παρουσία αυτών των δύο μαύρων οπών, αλλά μπόρεσαν επίσης να μελετήσουν τις αλληλεπιδράσεις και τη δυναμική τους με άνευ προηγουμένου λεπτομέρεια.

Τι συμβαίνει σε αυτόν τον γαλαξία;

Ο MCG-03-34-64 είναι ένας πλούσιος σε αέρια, υπέρυθρος φωτεινός γαλαξίας, που βρίσκεται περίπου 78 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά και αναγνωρίζεται ως μία από τις πιο έντονες πηγές ακτίνων Χ στο τοπικό σύμπαν. Αυτό το «τοπικό σύμπαν» είναι η ομάδα των γαλαξιών στη «δική μας» γωνία του σύμπαντος, ας πούμε έτσι. Αυτός ο γαλαξίας ήταν ήδη ενδιαφέρον για τους ερευνητές λόγω του μυστηριώδους, βαρέως απορροφημένου φάσματος ακτίνων Χ, που υποδηλώνει παχιά στρώματα υλικού που περιβάλλουν την κεντρική του μαύρη τρύπα. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια παρατηρήσεων ρουτίνας με το Hubble ήρθε στο φως η πιθανότητα όχι μόνο ενός, αλλά δύο ενεργών πυρήνων.

«Αυτή η άποψη δεν είναι σύνηθες φαινόμενο στο κοντινό σύμπαν και μας είπε ότι κάτι άλλο συμβαίνει μέσα στον γαλαξία», είπε ο Falcão.

Μια εικόνα ορατού φωτός από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble του γαλαξία MCG-03-34-064. Η όψη του Hubble αποκαλύπτει τρία ευδιάκριτα φωτεινά σημεία ενσωματωμένα σε μια λευκή έλλειψη στο κέντρο του γαλαξία (αναπτύσσεται σε μια ένθετη εικόνα επάνω δεξιά). Δύο από αυτά τα φωτεινά σημεία είναι η πηγή ισχυρής εκπομπής ακτίνων Χ, ένα ενδεικτικό σημάδι ότι πρόκειται για υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Ο διαχωρισμός τους είναι περίπου 300 έτη φωτός. Το τρίτο σημείο είναι μια σταγόνα φωτεινού αερίου. Η μπλε ράβδος κάτω δεξιά μπορεί να είναι ένας πίδακας που εκτοξεύεται από μια από τις μαύρες τρύπες. Το ζεύγος της μαύρης τρύπας είναι αποτέλεσμα μιας συγχώνευσης μεταξύ δύο γαλαξιών που τελικά θα συγκρουστούν. Πιστώσεις:NASA, ESA, Anna Trindade Falcão (CfA).

Οι περισσότεροι μεγάλοι γαλαξίες φιλοξενούν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στα κέντρα τους, οι οποίες είναι κρίσιμες για την εξέλιξή τους. Αυτές οι μαύρες τρύπες, εκατομμύρια έως δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερης μάζας από τον Ήλιο, μεγαλώνουν αντλώντας αέριο και σκόνη. Έτσι, η ανάπτυξή τους συνδέεται με την ανάπτυξη του γαλαξία, επηρεάζοντας τον σχηματισμό των άστρων. Εν τω μεταξύ, εκπέμπουν ισχυρή ενέργεια ως ενεργοί γαλαξιακές πυρήνες (AGN).

Στην περίπτωση του MCG-03-34-64, η ανακάλυψη δύο υπερμεγέθων μαύρων τρυπών υποδηλώνει μια γαλαξιακή συγχώνευση. Κάθε γαλαξίας πιθανότατα έφερε τη δική του μαύρη τρύπα. Καθώς οι γαλαξίες συγχωνεύονται, οι μαύρες τρύπες τους ενώνονται τελικά, επηρεάζοντας το μέλλον του γαλαξία. Αυτό το διπλό σύστημα υπογραμμίζει τον τρόπο με τον οποίο οι συγχωνεύσεις μαύρων οπών παίζουν βασικό ρόλο στην ανάπτυξη και την εξέλιξη των γαλαξιών.

Κυνηγώντας βαρυτικά κύματα

Η κατανόηση της δυναμικής των συστημάτων διπλού AGN είναι επίσης το κλειδί για την αστρονομία των βαρυτικών κυμάτων. Η τελική συγχώνευση αυτών των μαύρων οπών θα στείλει κυματισμούς στον χωροχρόνο, ανιχνεύσιμους από προηγμένα όργανα όπως οι συστοιχίες χρονισμού πάλσαρ. Αυτά τα σήματα θα μπορούσαν να ξεκλειδώσουν νέες γνώσεις σχετικά με τη φυσική των μαύρων τρυπών και τον ιστό του ίδιου του σύμπαντος.

Αυτός ο τύπος δυαδικής δομής AGN ήταν πολύ πιο συνηθισμένος στο πρώιμο σύμπαν όταν οι συγχωνεύσεις γαλαξιών ήταν πιο συχνές — ή έτσι πιστεύουμε. Αυτή η ανακάλυψη παρέχει ένα μοναδικό κοντινό παράδειγμα προς μελέτη. Προηγουμένως, εντοπίσαμε διπλά AGN με διαχωρισμούς λίγων κιλοπαρσέκων. Αλλά συστήματα με διαχωρισμούς υποκιλοπαρσέκου παρέμειναν άπιαστα. Σύμφωνα με τη μελέτη, η ανακάλυψη ενός υποψηφίου συστήματος με μόνο 100 parsec διαχωρισμού είναι ιδιαίτερα σημαντική επειδή θέτει ένα νέο σημείο αναφοράς για τέτοιες παρατηρήσεις.

Οι δύο υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες δεν βρίσκονται πλέον στον πυρήνα των αντίστοιχων γαλαξιών ξενιστών τους. Η εγγύτητά τους τους έλκει ο ένας με τον άλλο, οδηγώντας τελικά σε συγχώνευση. Λοιπόν, ίσως σε περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια. Εάν συμβεί αυτό, θα κροταλίσει τον ίδιο τον ιστό του διαστήματος, στέλνοντας βαρυτικά κύματα.

Το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων (LIGO) του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών έχει ανιχνεύσει βαρυτικά κύματα από μικρότερες μαύρες τρύπες στο παρελθόν. Αλλά τα μεγαλύτερα μήκη κύματος που προκύπτουν από μια υπερμεγέθη συγχώνευση μαύρης τρύπας είναι πέρα από τις δυνατότητες του LIGO.

Ευτυχώς, οι ερευνητές εργάζονται ήδη για τον ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων επόμενης γενιάς, που ονομάζεται LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Η αποστολή θα αποτελείται από τρεις ανιχνευτές στο διάστημα, που χωρίζονται από εκατομμύρια μίλια, για να συλλάβουν αυτά τα βαρυτικά κύματα μεγαλύτερου μήκους κύματος από το βαθύ διάστημα. Η ESA (Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία) θα ηγηθεί της αποστολής, σε συνεργασία με τη NASA και άλλους συμμετέχοντες φορείς, με προγραμματισμένη εκτόξευση στα μέσα της δεκαετίας του 2030.

Αναφορά περιοδικού:Anna Trindade Falcão et al, Resolving a Candidate Dual Active Galactic Nucleus with ~100 pc Separation in MCG-03-34-64, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad6b91