Sciencemag.cz
Doporučujeme
Astronomové na základě archivních dat z dalekohledu Gemini North proměřili nejtěžší dvojici obřích černých děr, jaká kdy byla nalezena. Splynutí dvou supermasivních černých děr je jev, který byl dlouho předpovídán, ale reálně nikdy pozorován. Nově prozkoumaný masivní pár ukazuje, proč je fúze těchto objektů podle všeho tak výjimečná/nepravděpodobná.
Téměř každá galaxie hostí ve svém středu superhmotnou černou díru. Když se dvě galaxie spojí, jejich černé díry mohou vytvořit binární pár, což znamená, že jsou navzájem na gravitačně vázaných oběžných drahách. Existuje hypotéza, že tyto dvojhvězdy jsou předurčeny k tomu, aby nakonec splynuly (fúzovaly). Otázka, zda je taková událost možná, je předmětem diskusí již několik desetiletí.
Vědci nyní použili data z dalekohledu Gemini North na Havaji k analýze dvojice supermasivních černých děr nacházejících se v eliptické galaxii B2 0402+379. Oba objekty se podařilo pozorovat odděleně, ačkoliv jsou od sebe vzdálené pouhých 24 světelných let. Ačkoli tato malá vzdálenost zdánlivě naznačuje, že k jejich fúzi dojde již brzy, další studium odhalilo, že dvojice se v této vzdálenosti zastavila na více než 3 miliardy let. Nabízí se samozřejmě otázka, co je příčinou tohoto „zdržení“.
„Vynikající citlivost systému Gemini Multi-Object Spectrograph nám umožnila zmapovat rostoucí rychlosti hvězd s tím, jak se přibližujeme ke středu galaxie /B2 0402+379/,“ uvedl spoluautor nové studie Roger Romani ze Stanfordovy univerzity. „Díky tomu jsme byli schopni odvodit celkovou hmotnost místních černých děr.“
Tým odhaduje hmotnost „dvojhvězdy“ na 28 miliard Sluncí, čímž se dvojice stává nejtěžší dvojicí černých děr, jaká kdy byla zkoumána. Toto měření nejenže poskytuje cenné informace o vzniku binárního systému a historii jeho hostitelské galaxie, ale také podporuje dlouholetou teorii, že hmotnost supermasivních binárních černých děr hraje klíčovou roli při brzdění jejich potenciálního splynutí.
Pochopení toho, jak tato dvojhvězda vznikla, může pomoci předpovědět, zda a kdy dojde k jejímu splynutí; a několik indicií přitom ukazuje na to, že dvojice vznikla vícenásobným splynutím galaxií. První z nich je to, že B2 0402+379 představuje „fosilní kupu“ – to znamená, že je výsledkem splynutí celé kupy galaxií s hvězdami a plynem do jediné obří galaxie. Navíc přítomnost dvou supermasivních černých děr spolu s jejich velkou kombinovanou hmotností naznačuje, že vznikly splynutím více menších černých děr z více galaxií.
Po splynutí galaxií se obří černé díry nesrazí čelně. Místo toho se začnou střemhlavě míjet poté, co se usadí na gravitačně vázané oběžné dráze. Při každém průletu se energie z černých děr přenáší na okolní hvězdy. Jak ztrácejí energii, dvojice je přitahována stále blíž a blíž, až k sobě dostanou na vzdálenost pouhých světelných let a pak by mělo dojít k jejich srážce/splynutí. Tento proces byl přímo pozorován u dvojic černých děr s hvězdnou hmotností – vůbec první zaznamenaný případ se odehrál v roce 2015 prostřednictvím detekce gravitačních vln – ale dosud nikdy u dvojice superhmotných černých děr.
Díky novým poznatkům o extrémně velké hmotnosti systému tým dospěl k závěru, že by bylo zapotřebí mimořádně velkého počtu hvězd, aby se dráha dvojhvězdy zpomalila natolik, že by se k sobě dále přiblížily. Zdá se, že černé díry již vyvrhly téměř veškerou hmotu ve svém okolí, a střed galaxie tak zůstala bez hvězd a plynu. Protože už není k dispozici žádný materiál, který by mohl dráhu dvojice dále zpomalit, jejich přibližování se v závěrečné fázi zastavilo a k vlastní fúzi nikdy nedošlo.
Zda v měřítku milionů let obě černé díry přece jen nesplynou, to se teprve ukáže. Výsledné gravitační vlny by v takovém případě byly stamilionkrát silnější než ty, které vznikají při splynutí černých děr s hvězdnou hmotností.
Je možné, že by dvojice mohla tuto konečnou vzdálenost překonat díky dalšímu splynutí galaxií, které by do systému dodalo další materiál, nebo případně třetí černou díru, která by dráhu dvojice zpomalila. Vzhledem k tomu, že B2 0402+379 je ale fosilní galaktickou kupou, je splynutí s další galaxií ovšem nepravděpodobné.
Tirth Surti et al, The Central Kinematics and Black Hole Mass of 4C+37.11, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad14fa
Zdroj: National Science Foundation / Phys.org, přeloženo / zkráceno
