Astronomowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley odkryli wyjątkowe zjawisko we wszechświecie – nie jedną, lecz dwie masywne czarne dziury jednocześnie pożerające gwiazdy w tej samej galaktyce. To niezwykłe odkrycie rzuca nowe światło na ewolucję galaktyk i interakcje ich centralnych supermasywnych czarnych dziur, co może odegrać kluczową rolę w zrozumieniu przyszłych fal grawitacyjnych.

Niezwykłe odkrycie: czarna dziura poza centrum galaktyki

Do tej pory astronomowie znajdowali głównie masywne czarne dziury niszczące gwiazdy w gęstych centrach dużych galaktyk. Jednak nowe badanie z Berkeley przedstawia wyjątek – czarną dziurę o masie około miliona słońc, położoną poza centrum galaktyki, w jej zgrubieniu centralnym, oddaloną o około 2600 lat świetlnych od centrum. Ta czarna dziura została odkryta dzięki niezwykle rzadkiemu zjawisku znanemu jako zdarzenie rozerwania pływowego (TDE), podczas którego czarna dziura rozrywa gwiazdę potężnymi siłami grawitacyjnymi, które rozciągają ją w kształt „spaghetti”, czemu towarzyszą intensywne rozbłyski światła.

Zazwyczaj masywne czarne dziury znajdują się dokładnie w centrum galaktyk, jak nasza Droga Mleczna i jej centralny obiekt Sagittarius A*, który waży około 4 milionów mas Słońca. Ta nowa czarna dziura jest jednak „wędrowcem” w centralnej części galaktyki i tym samym stanowi pierwszy optycznie wykryty przypadek TDE poza jądrem galaktyki.

Dwa masywne pożeracze – możliwość przyszłego połączenia

Galaktyka, w której odkryto tę niezwykłą czarną dziurę, posiada już swoją centralną supermasywną czarną dziurę o masie około 100 milionów mas Słońca, która obecnie również konsumuje otaczający ją gaz. Takie sytuacje nie są naukowcom nieznane, ponieważ duże galaktyki często łączą się podczas kosmicznych kolizji, co może prowadzić do jednoczesnego istnienia dwóch lub więcej masywnych czarnych dziur w jednej galaktyce. Z czasem te czarne dziury mogą się do siebie zbliżyć i połączyć w jeszcze masywniejszy obiekt, a takie zdarzenia generują fale grawitacyjne, które można wykryć za pomocą specjalnych instrumentów.

Jak odkryli tę rzadkość?

Nowa czarna dziura i jej zdarzenie TDE, oznaczone jako AT2024tvd, zostały zaobserwowane za pomocą Zwicky Transient Facility (ZTF) – teleskopu optycznego w Obserwatorium Palomar w Kalifornii. Potwierdzenie przyniosły dodatkowe badania w zakresie promieniowania rentgenowskiego i fal radiowych, a także obserwacje za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a. Te metody pozwoliły na precyzyjne zlokalizowanie źródła błysku światła i potwierdziły, że zdarzenie nie miało miejsca w samym centrum galaktyki, lecz na jej obrzeżach.

Takie „wędrujące” obiekty i ich zdarzenia TDE są bardzo rzadkie, ponieważ astronomowie szacują, że średnio masywna czarna dziura niszczy gwiazdę mniej więcej raz na 30 000 lat. Właśnie dlatego to odkrycie jest tak znaczące – otwiera możliwość znalezienia wielu innych podobnych „wędrujących” czarnych dziur, które powstały w historii łączenia się galaktyk.

Co to oznacza dla przyszłości astronomii?

Odkrycie takich czarnych dziur, które nie znajdują się w centrum galaktyki, ma ogromne implikacje dla rozwoju teorii na temat ewolucji galaktyk i zachowania ich centralnych obiektów. Istnieją dwie główne teorie na temat pochodzenia tej „wędrującej” czarnej dziury. Pierwsza mówi, że jest to pozostałość po małej galaktyce, która dawno temu połączyła się z większą, a czarna dziura wciąż krąży w jej wnętrzu. Druga, bardziej intrygująca teoria, zakłada, że ta czarna dziura była kiedyś częścią potrójnego układu czarnych dziur w centrum galaktyki, ale w wyniku oddziaływań grawitacyjnych została wyrzucona na tę odległą trajektorię.

Erica Hammerstein, jedna z badaczek, szczegółowo przeanalizowała zdjęcia z Hubble'a i nie znalazła wyraźnych śladów przeszłego połączenia galaktyk, co dodatkowo napędza dyskusje na temat rzeczywistej przyczyny takiego położenia czarnej dziury.

Poszukiwanie zdarzeń TDE i ich znaczenie

W poszukiwaniu takich rzadkich rozbłysków światła, system ZTF ma kluczowe znaczenie. Ten teleskop, choć przeznaczony głównie do odkrywania supernowych, okazał się niezwykle skuteczny również w wykrywaniu TDE. Do tej pory ZTF zidentyfikował prawie sto takich zdarzeń, a prawie wszystkie z nich znajdują się w centrach galaktyk. Wyjątek AT2024tvd znacząco zmienia paradygmat, ponieważ otwiera drzwi do badania innych niezwykłych przypadków.

Zdarzenia TDE są nieocenione dla nauki astronomicznej, ponieważ pozwalają zrozumieć fizykę akrecji materii wokół czarnych dziur oraz odkrywają warunki, w jakich czarne dziury mogą tworzyć potężne dżety i wiatry.

Laser Interferometer Space Antenna (LISA) – spojrzenie w przyszłość

Odkrycie takich czarnych dziur i ich interakcji będzie miało szczególne znaczenie dla nadchodzącej misji kosmicznej LISA, która w ciągu następnej dekady ma rozpocząć polowanie na fale grawitacyjne powstające w wyniku łączenia się supermasywnych czarnych dziur. Podczas gdy istniejące detektory, takie jak LIGO i Virgo, śledzą mniejsze czarne dziury i gwiazdy neutronowe, LISA skupi się na obiektach o masie milionów mas Słońca, takich jak te w galaktyce AT2024tvd.

Gdy LISA stanie się operacyjna, astronomowie będą mogli dokładniej śledzić łączenie się tak masywnych obiektów i lepiej zrozumieć dynamikę jąder galaktycznych, a także ewolucję największych struktur we wszechświecie.

Znaczenie systematycznego poszukiwania nietypowych czarnych dziur

Yuhan Yao, kierowniczka badań, podkreśla, że to pierwszy raz, kiedy odkryto takie TDE poza centrum galaktyki, i że odkrycie to skłania naukowców do zastanowienia się, jak częste są takie zdarzenia i ile „wędrujących” czarnych dziur faktycznie istnieje w galaktykach.

Dotychczasowe poszukiwania zazwyczaj koncentrowały się na centrach galaktyk, ale nowe odkrycia sugerują, że przyszłe przeglądy powinny rozszerzyć swój zasięg, aby znaleźć więcej takich rzadkich zjawisk. Ponadto, opracowywanie algorytmów, które odróżniają błyski światła supernowych od zdarzeń TDE, umożliwia dokładniejsze i szybsze odkrycia.

Globalna współpraca i przyszłe wyzwania

W badaniu wzięło udział 34 współautorów z różnych światowych instytucji, co podkreśla, jak bardzo interdyscyplinarna i międzynarodowo powiązana jest ta dziedzina astronomii. Partnerstwo ZTF i wsparcie Narodowej Fundacji Nauki USA umożliwiły tę pionierską analizę i odkryły nowy wymiar w badaniu kosmicznych tajemnic.

W miarę postępu nauki, poszukiwanie „wędrujących” czarnych dziur i monitorowanie ich TDE stanie się jednym z kluczowych zadań współczesnej astrofizyki, a ich zrozumienie pomoże nam odkryć ukryte procesy, które kształtują nasze kosmiczne otoczenie.

Źródło: UC Berkeley