Χρήση αρχειακών δεδομένων τηλεσκοπίου Δίδυμοι Βορράς, οι αστρονόμοι μέτρησαν το βαρύτερο ζευγάρι υπερμεγέθων μαύρων τρυπών που έχουν βρεθεί ποτέ. Η συγχώνευση δύο υπερμεγέθων μαύρων τρυπών είναι ένα φαινόμενο που έχει προβλεφθεί εδώ και καιρό, αλλά δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ. Αυτό το τεράστιο ζευγάρι παρέχει ενδείξεις για το γιατί ένα τέτοιο γεγονός φαίνεται απίθανο στο σύμπαν.
Σχεδόν κάθε τεράστιος γαλαξίας περιέχει μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του. Όταν δύο γαλαξίες συγχωνεύονται, οι μαύρες τρύπες τους μπορούν να σχηματίσουν ένα δυαδικό ζεύγος, δηλαδή να βρίσκονται σε μια δεσμευμένη τροχιά μεταξύ τους. Υποτίθεται ότι αυτά τα δυαδικά ζεύγη προορίζονται να συγχωνευθούν με την πάροδο του χρόνου, αλλά αυτό δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ. Το ερώτημα εάν ένα τέτοιο γεγονός είναι δυνατό είναι θέμα συζήτησης μεταξύ των αστρονόμων εδώ και δεκαετίες.
Οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν δεδομένα από το τηλεσκόπιο Gemini North στη Χαβάη, το οποίο είναι το μισό του Διεθνούς Αστεροσκοπείου Gemini που λειτουργεί από το NOIRLab του Εθνικού Ινστιτούτου Φυσικής, για να αναλύσουν την υπερμεγέθη δυαδική μαύρη τρύπα που βρίσκεται στον ελλειπτικό γαλαξία Β2 0402+379. Είναι η μόνη υπερμεγέθης δυαδική μαύρη τρύπα που έχει δει με αρκετή λεπτομέρεια για να δει και τα δύο αντικείμενα ξεχωριστά και κατέχει το ρεκόρ για τη μικρότερη απόσταση που έχει μετρηθεί άμεσα, μόλις 24 έτη φωτός. Ενώ μια τόσο κοντινή απόσταση προμηνύει μια ισχυρή συγχώνευση, περαιτέρω έρευνα αποκάλυψε ότι το ζεύγος έχει κολλήσει σε αυτή την απόσταση για περισσότερα από τρία δισεκατομμύρια χρόνια, γεγονός που θέτει το ερώτημα: Ποιος είναι ο λόγος της καθυστέρησης;
Για να κατανοήσει καλύτερα τη δυναμική αυτού του συστήματος και τη στάσιμη συγχώνευσή του, η ομάδα στράφηκε σε αρχειακά δεδομένα από το φασματογράφο Gemini North Multi-Object Spectrograph (GMOS), το οποίο τους επέτρεψε να προσδιορίσουν τις ταχύτητες των αστεριών κοντά σε μαύρες τρύπες.
«Η αξιοσημείωτη ευαισθησία του GMOS μας επέτρεψε να χαρτογραφήσουμε την αύξηση της ταχύτητας των άστρων καθώς πλησιάζουν στο κέντρο του γαλαξία», δήλωσε ο Ρότζερ Ρομάνι, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ και συν-συγγραφέας της εργασίας. «Χάρη σε αυτό, μπορέσαμε να βγάλουμε ένα συμπέρασμα σχετικά με τη συνολική μάζα των μαύρων τρυπών που υπάρχουν εκεί».
Η ομάδα εκτιμά ότι η μάζα της δυαδικής μαύρης τρύπας είναι 28 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου, καθιστώντας το ζεύγος τη βαρύτερη δυαδική μαύρη τρύπα που έχει μετρηθεί ποτέ. Αυτή η μέτρηση όχι μόνο παρέχει πολύτιμο πλαίσιο για το σχηματισμό του δυαδικού συστήματος και την ιστορία του γαλαξία-ξενιστή του, αλλά επιβεβαιώνει επίσης τη μακροχρόνια θεωρία ότι η μάζα μιας υπερμεγέθους δυαδικής μαύρης τρύπας παίζει βασικό ρόλο στην αναστολή μιας πιθανής συγχώνευσης.
«Το αρχείο δεδομένων του Διεθνούς Παρατηρητηρίου Gemini περιέχει ένα χρυσωρυχείο αναξιοποίητων επιστημονικών ανακαλύψεων», δήλωσε ο Μάρτιν Στιλ, διευθυντής προγράμματος NSF για το Διεθνές Παρατηρητήριο Gemini. «Η μέτρηση της μάζας αυτής της υπερμεγέθους δυαδικής μαύρης τρύπας είναι ένα εντυπωσιακό παράδειγμα της πιθανής επίδρασης της νέας έρευνας που εξετάζει αυτό το πλούσιο αρχείο».
Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο σχηματίστηκε αυτό το δυαδικό μπορεί να βοηθήσει στην πρόβλεψη του εάν και πότε θα συγχωνευθεί - αρκετές ενδείξεις δείχνουν ότι το ζεύγος σχηματίστηκε από τη συγχώνευση πολλαπλών γαλαξιών. Πρώτον, το B2 0402+379 είναι ένα «απολιθωμένο σμήνος», δηλαδή το αποτέλεσμα της συγχώνευσης αστεριών και αερίων ενός ολόκληρου σμήνος γαλαξιών σε έναν τεράστιο γαλαξία. Επιπλέον, η παρουσία δύο υπερμεγέθων μαύρων οπών, σε συνδυασμό με τη μεγάλη συνδυασμένη μάζα τους, υποδηλώνει ότι σχηματίστηκαν από τη συγχώνευση πολλών μικρότερων μαύρων οπών από διαφορετικούς γαλαξίες.
Μετά από μια γαλαξιακή συγχώνευση, οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες δεν συγκρούονται μετωπικά. Αντίθετα, αρχίζουν να πετούν το ένα δίπλα στο άλλο, εγκαθιστώντας σε μια περιορισμένη τροχιά. Με κάθε πέρασμα, η ενέργεια μεταφέρεται από τις μαύρες τρύπες στα γύρω αστέρια. Χάνοντας ενέργεια, το ζεύγος έρχεται όλο και πιο κοντά μέχρι να απέχουν έτη φωτός, όπου η βαρυτική ακτινοβολία κυριαρχεί και συγχωνεύονται. Αυτή η διαδικασία έχει παρατηρηθεί άμεσα σε ζεύγη μαύρων τρυπών αστρικής μάζας – η πρώτη περίπτωση καταγράφηκε το 2015 χάρη στην ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων – αλλά δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ σε δυαδικά υπερμεγέθη συστήματα.
Με νέες γνώσεις για την εξαιρετικά μεγάλη μάζα του συστήματος, η ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι θα χρειαζόταν ένας εξαιρετικά μεγάλος αριθμός άστρων για να επιβραδύνει την τροχιά του δυαδικού συστήματος αρκετά ώστε να τα φέρει πιο κοντά. Στη διαδικασία, οι μαύρες τρύπες φαίνεται να έχουν εκτοξεύσει σχεδόν όλη την ύλη γύρω τους, αφήνοντας τον γαλαξιακό πυρήνα χωρίς αστέρια και αέρια. Χωρίς άλλο υλικό για την περαιτέρω επιβράδυνση της τροχιάς του ζεύγους, η συγχώνευσή τους σταμάτησε στα τελικά της στάδια.
«Οι γαλαξίες με ελαφρύτερα ζεύγη μαύρων τρυπών συνήθως φαίνεται να έχουν αρκετά αστέρια και μάζα για να πλησιάσουν γρήγορα», λέει ο Romani. «Επειδή αυτό το ζευγάρι είναι τόσο βαρύ, χρειάζεται πολλά αστέρια και βενζίνη για να γίνει η δουλειά. Αλλά το δυαδικό σύστημα καθάρισε τον κεντρικό γαλαξία από τέτοια ύλη, αφήνοντάς τον παγωμένο και διαθέσιμο για τη μελέτη μας».
Το αν θα ξεπεράσουν τη στασιμότητα και τελικά θα συγχωνευθούν σε εκατομμύρια χρόνια ή θα παραμείνουν για πάντα σε τροχιακό κενό, μένει να φανεί. Εάν συγχωνευθούν, τα βαρυτικά κύματα που θα προκύψουν θα είναι 100 εκατομμύρια φορές πιο ισχυρά από αυτά που παράγονται από τη συγχώνευση μαύρων τρυπών αστρικής μάζας.
Είναι πιθανό ότι το ζευγάρι θα μπορούσε να ξεπεράσει αυτή την τελική απόσταση μέσω μιας άλλης γαλαξιακής συγχώνευσης, η οποία θα εισέπνευσε επιπλέον υλικό στο σύστημα, ή ίσως μια τρίτη μαύρη τρύπα, για να επιβραδύνει την τροχιά του ζεύγους αρκετά ώστε να συγχωνευθεί. Ωστόσο, δεδομένης της κατάστασης του B2 0402+379 ως απολιθωμένο σμήνος, μια νέα συγχώνευση γαλαξιών είναι απίθανη.
«Ανυπομονούμε για περαιτέρω μελέτες για τον πυρήνα του B2 0402+379, όπου θα δούμε πόσο αέριο περιέχει», δήλωσε ο Tirth Surti, μεταπτυχιακός φοιτητής του Stanford και κύριος συγγραφέας της εργασίας. «Αυτό θα μας δώσει περισσότερες πληροφορίες για το αν οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες μπορούν να συγχωνευθούν με την πάροδο του χρόνου ή αν θα παραμείνουν ως δυαδικό σύστημα».
Διαβάστε επίσης: