Kosmiczna katastrofa o niewyobrażalnej skali! Fizycy zrekonstruowali zderzenie, które wystrzeliło czarną dziurę!
We wrześniu 2022 roku astronomowie zauważyli zaskakującą strukturę na zdjęciu galaktyki oddalonej o ok. 7,5 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Cienka linia rozciągająca się na ponad 202 tysiące lat świetlnych wskazywała dokładnie od centrum galaktyki, a jej czoło, niewidoczny punkt bez wykrywalnych gwiazd, pędziło z prędkością blisko 1000 km/s.
Naukowcy zinterpretowali tę strukturę jako supermasywną czarną dziurę przemierzającą przestrzeń międzygalaktyczną i wywołującą w swoim śladzie powstawanie nowych gwiazd. Teraz badacze z University of California – Santa Barbara oraz University of Texas w Austin opisali gwałtowne wydarzenie, które mogło wyrzucić ten kolos z macierzystej galaktyki.
Spektakularne zderzenie
Łączące się czarne dziury generują silne fale grawitacyjne, gdy masywne obiekty zakrzywiają czasoprzestrzeń i spiralnie zbliżają się do siebie. Jeśli układ jest niesymetryczny, fale te mogą wywołać na tyle silne „kopnięcie”, że wyrzucają nowo powstałą, większą czarną dziurę na zupełnie inną trajektorię – „jak odrzut wystrzelonej armaty”, wyjaśniał współautor badania Tejaswi Venumadhav z UCSB.
Autorzy poprzedniej pracy nazwali zaobserwowaną czarną dziurę RBH-1. Venumadhav i jego współpracownicy, działając niczym detektywi rekonstruujący wypadek na podstawie śladów, przeprowadzili symulacje setek tysięcy hipotetycznych par czarnych dziur, obliczając odrzut, jaki wytworzyłaby każda z nich, i zachowując jedynie te pasujące do prędkości RBH-1.
Symulacje wykazały, że rodzicielskie czarne dziury musiały mieć zbliżone rozmiary – jedna nie większa niż sześciokrotność drugiej. Jednak odrzut nawet z dużej fuzji sięgałby maksymalnie około 200 km/s, znacznie poniżej zaobserwowanej prędkości 1000 km/s. Jak tłumaczy główny autor Tousif Islam z Kavli Institute for Theoretical Physics: obie czarne dziury musiały wirować bardzo szybko, a ich osie obrotu musiały być niewspółosiowe. Cięższa z pary musiała wirować z prędkością 70–75% maksimum dopuszczalnego przez ogólną teorię względności, z rotacją przechyloną i precesującą jak chwiejący się bąk.
Co to mówi o zderzających się galaktykach?
Taki układ sugeruje, że para czarnych dziur mogła się spotkać wyłącznie dlatego, że zderzyły się ich macierzyste galaktyki. Na podstawie spinów wyjściowych czarnych dziur badacze wywnioskowali, że rotacje tych galaktyk również musiały być niewspółosiowe, a większa galaktyka nie mogła być więcej niż czterokrotnie większa od mniejszej. Powstała galaktyka, nazwana w pracy GX, wciąż nosi ślady dawnego wstrząsu, choć w dużej mierze już się „ustabilizowała” w ciągu 70 milionów lat od zderzenia.
Odkrycie to jest pierwszym potwierdzonym przykładem klasy fuzji czarnych dziur przewidzianej przez ogólną teorię względności – według której 5–10% takich fuzji powinno nadawać powstałej czarnej dziurze duży „kopniak”. Naukowcy rozpoznali RBH-1 jako taką „zbiegłą” czarną dziurę dopiero dzięki obserwacjom Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba w 2025 roku, uzupełniającym wcześniejsze zdjęcia z Hubble’a.
Wyniki, opublikowane w Physical Review Letters, pomogą przygotować naukowców do pracy z przyszłą generacją obserwatoriów fal grawitacyjnych, w tym planowanym orbitalnym obserwatorium LISA.
Źródło: University of California – Santa Barbara
Czytaj też: Przełom w badaniu kosmosu! Cyfrowy model, który odtwarza narodziny galaktyk!
Grafika tytułowa: Frantisek Duris / Unsplash
