Izmantojot arhīva teleskopa datus Dvīņi Ziemeļi, astronomi izmērīja smagāko jebkad atrasto supermasīvo melno caurumu pāri. Divu supermasīvu melno caurumu saplūšana ir parādība, kas jau sen ir prognozēta, bet nekad nav novērota. Šis lielais pāris sniedz norādes, kāpēc šāds notikums Visumā šķiet maz ticams.
Gandrīz katras masīvas galaktikas centrā ir supermasīvs melnais caurums. Kad divas galaktikas apvienojas, to melnie caurumi var izveidot bināru pāri, tas ir, atrasties savstarpēji saistītā orbītā. Pastāv hipotēze, ka šiem binārajiem pāriem laika gaitā ir lemts apvienoties, taču tas nekad nav novērots. Jautājums par to, vai šāds notikums ir iespējams, ir bijis astronomu diskusiju temats gadu desmitiem.
Lai analizētu supermasīvo bināro melno caurumu, kas atrodas eliptiskajā galaktikā B2 0402+379, astronomi izmantoja datus no Gemini North teleskopa Havaju salās, kas ir viena puse no Gemini Starptautiskās observatorijas, ko pārvalda Nacionālā fizikas institūta NOIRLab. Tas ir vienīgais supermasīvais binārais melnais caurums, kas ir redzēts pietiekami detalizēti, lai redzētu abus objektus atsevišķi, un tam pieder rekords par mazāko attālumu, kas ir izmērīts tieši, tikai 24 gaismas gadi. Lai gan tik tuvs attālums liecina par spēcīgu apvienošanos, turpmākie pētījumi ir parādījuši, ka pāris ir iestrēdzis šajā attālumā vairāk nekā trīs miljardus gadu, kas liek uzdot jautājumu: kāds ir kavēšanās iemesls?
Lai labāk izprastu šīs sistēmas dinamiku un tās apstādināto apvienošanos, komanda pievērsās arhīva datiem no Gemini North Multi-Object Spectrograph (GMOS), kas ļāva viņiem noteikt zvaigžņu ātrumu melno caurumu tuvumā.
"ĢMOS ievērojamā jutība ļāva mums kartēt zvaigžņu ātruma pieaugumu, kad tās tuvojas galaktikas centram," sacīja Stenfordas universitātes fizikas profesors un darba līdzautors Rodžers Romani. "Pateicoties tam, mēs varējām izdarīt secinājumu par tur esošo melno caurumu kopējo masu."
Komanda lēš, ka binārā melnā cauruma masa ir 28 miljardus reižu lielāka par Saules masu, padarot šo pāri par smagāko bināro melno caurumu, kāds jebkad izmērīts. Šis mērījums ne tikai nodrošina vērtīgu kontekstu binārās sistēmas veidošanai un tās galaktikas galaktikas vēsturei, bet arī apstiprina sen pastāvošo teoriju, ka supermasīva binārā melnā cauruma masai ir galvenā loma iespējamās apvienošanās aizkavēšanā.
"Starptautiskās Gemini observatorijas datu arhīvs satur neizmantotu zinātnisku atklājumu zelta raktuves," sacīja Mārtins Stills, Gemini Starptautiskās observatorijas NSF programmas direktors. "Šī supermasīvā binārā melnā cauruma masas mērīšana ir spilgts piemērs jauno pētījumu potenciālajai ietekmei, pārbaudot šo bagātīgo arhīvu."
Izpratne par to, kā šis binārs izveidojās, var palīdzēt prognozēt, vai un kad tas apvienosies — vairākas pazīmes liecina, ka pāris izveidojās, apvienojoties vairākām galaktikām. Pirmkārt, B2 0402+379 ir "fosilā kopa", tas ir, visas galaktiku kopas zvaigžņu un gāzes saplūšanas rezultāts vienā masīvā galaktikā. Turklāt divu supermasīvu melno caurumu klātbūtne kopā ar to lielo kopējo masu liecina, ka tie veidojušies, apvienojoties vairākiem mazākiem melnajiem caurumiem no dažādām galaktikām.
Pēc galaktikas saplūšanas supermasīvie melnie caurumi nesaduras frontāli. Tā vietā viņi sāk lidot viens otram garām, nostājoties ierobežotā orbītā. Ar katru gājienu enerģija no melnajiem caurumiem tiek pārnesta uz apkārtējām zvaigznēm. Zaudējot enerģiju, pāris tiek pievilkts arvien tuvāk, līdz tie atrodas gaismas gadu attālumā viens no otra, kur gravitācijas starojums pārņem un saplūst. Šis process ir tieši novērots zvaigžņu masas melno caurumu pāros – pirmais gadījums tika reģistrēts 2015. gadā, pateicoties gravitācijas viļņu noteikšanai, taču tas nekad nav novērots binārās supermasīvās sistēmās.
Ņemot vērā jaunas zināšanas par sistēmas ārkārtīgi lielo masu, komanda secināja, ka būs nepieciešams ārkārtīgi liels skaits zvaigžņu, lai pietiekami palēninātu binārās sistēmas orbītu, lai tās tuvinātu kopā. Šķiet, ka šajā procesā melnie caurumi ir izspieduši gandrīz visu apkārtējo vielu, atstājot galaktikas kodolu bez zvaigznēm un gāzes. Tā kā vairs nebija materiālu, lai vēl vairāk palēninātu pāra orbītu, viņu saplūšana apstājās pēdējā posmā.
"Šķiet, ka galaktikām ar gaišākiem melno caurumu pāriem ir pietiekami daudz zvaigžņu un masas, lai tās ātri tuvinātu," saka Romani. "Tā kā šis pāris ir tik smags, tam ir nepieciešams daudz zvaigžņu un gāzes, lai paveiktu darbu. Bet binārais attīrīja centrālo galaktiku no šādas matērijas, atstājot to sasaldētu un pieejamu mūsu pētījumiem.
Tas, vai viņi pārvarēs stagnāciju un galu galā saplūdīs pēc miljoniem gadu, vai arī paliks orbītas bezizejā uz visiem laikiem, vēl ir redzams. Ja tie saplūst, iegūtie gravitācijas viļņi būs 100 miljonus reižu jaudīgāki nekā tie, kas rodas, sapludinot zvaigžņu masas melnos caurumus.
Iespējams, ka pāris varētu pārvarēt šo galīgo attālumu, izmantojot citu galaktisko saplūšanu, kas sistēmā ieelpotu papildu materiālu vai, iespējams, trešo melno caurumu, lai pietiekami palēninātu pāra orbītu, lai tas varētu apvienoties. Tomēr, ņemot vērā B2 0402+379 fosilās kopas statusu, jauna galaktiku saplūšana ir maz ticama.
"Mēs ceram uz turpmākiem pētījumiem par B2 0402+379 kodolu, kur mēs redzēsim, cik daudz gāzes tajā ir," sacīja Tirts Surti, Stenfordas absolvents un darba vadošais autors. "Tas sniegs mums plašāku ieskatu par to, vai supermasīvie melnie caurumi laika gaitā var saplūst, vai arī tie paliks kā bināra sistēma."
Lasi arī: