Jądra dwóch galaktyk są na kursie kolizyjnym
Ze względów praktycznych gwiazdy podróżujące w przestrzeni nigdy nie zderzają się ze sobą. Stosunek średnicy gwiazdopodobnego słońca do jego odległości od sąsiedniej gwiazdy wynosi około 1:10 miliona. Galaktyki jednak się zderzają. Rozłam między naszymi Droga Mleczna a sąsiednia galaktyka Andromedy ma zdumiewającą długość 2,2 miliona lat świetlnych. To stosunek tylko 1:20. I w końcu nastąpi kolizja i fuzja pomiędzy dwoma gigantami.
Kiedy galaktyki się zderzają, ich czarne dziury łączą się w jednego olbrzyma czarna dziura. Prawie wszystkie galaktyki zawierają w swoich centrach supermasywne czarne dziury. The Kosmiczny Teleskop Hubble’a a Obserwatorium Rentgenowskie Chandra przyjrzało się sercu pary zderzających się galaktyk i odkryło bliźniacze supermasywne czarne dziury krążące wokół siebie. Duet czarnych dziur, wypełniony opadającym gazem, świeci jasno jako aktywne jądra galaktyczne (AGN). Są oddalone od siebie o około 300 lat świetlnych – najbliższa para AGN widoczna w zakresie fal światła widzialnego i promieniowania rentgenowskiego.
Najbliższą potwierdzoną parę supermasywnych czarnych dziur zaobserwowano w niewielkiej odległości. Znajdują się one w odległości około 300 lat świetlnych od siebie i zostały odkryte za pomocą teleskopu NASAKosmiczny Teleskop Hubble’a i Obserwatorium Rentgenowskie Chandra. Te czarne dziury, ukryte głęboko w parze zderzających się galaktyk, są zasilane przez opadający gaz i pył, dzięki czemu świecą jasno jako aktywne jądra galaktyczne (AGN). Źródło: Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda należące do NASA
Hubble i Chandra z NASA znajdują duet supermasywnych czarnych dziur
Podobnie jak walczący ze sobą zapaśnicy sumo, najbliższą potwierdzoną parę supermasywnych czarnych dziur zaobserwowano w niewielkiej odległości. Znajdują się one w odległości około 300 lat świetlnych od siebie i zostały odkryte za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra. Te czarne dziury, ukryte głęboko w parze zderzających się galaktyk, są zasilane przez opadający gaz i pył, dzięki czemu świecą jasno jako aktywne jądra galaktyczne (AGN).
Ta para AGN jest najbliższą parą wykrytą we wszechświecie lokalnym za pomocą obserwacji na wielu długościach fal (w świetle widzialnym i promieniowaniu rentgenowskim). Chociaż wcześniej odkryto kilkadziesiąt „podwójnych” czarnych dziur, ich odległości są zazwyczaj znacznie większe niż te odkryte w bogatej w gaz galaktyce MCG-03-34-64. Astronomowie korzystający z radioteleskopów zaobserwowali jedną parę podwójnych czarnych dziur w jeszcze bliższej odległości niż w MCG-03-34-64, ale bez potwierdzenia w innych długościach fal.
Tego typu układy podwójne AGN były prawdopodobnie częstsze we wczesnym Wszechświecie, kiedy łączenia galaktyk były częstsze. Odkrycie to zapewnia wyjątkowe zbliżenie pobliskiego przykładu, znajdującego się około 800 milionów lat świetlnych stąd.
Nieoczekiwane spostrzeżenia z Hubble’a i Chandry
Odkrycie było nieoczekiwane. Obrazowanie wykonane przez Hubble’a w wysokiej rozdzielczości ujawniło trzy kolce dyfrakcji optycznej zagnieżdżone wewnątrz galaktyki macierzystej, co wskazuje na duże stężenie świecącego gazowego tlenu na bardzo małym obszarze. „Nie spodziewaliśmy się zobaczyć czegoś takiego” – powiedziała Anna Trindade Falcão z Centrum Astrofizyki | Harvard & Smithsonian w Cambridge, Massachusetts, główny autor artykułu opublikowanego dzisiaj (9 września) w The Dziennik astrofizyczny. „Ten widok nie jest częstym zjawiskiem w pobliskim wszechświecie i powiedział nam, że wewnątrz galaktyki dzieje się coś innego.”
Kolce dyfrakcyjne to artefakty obrazowania powstające, gdy światło z bardzo małego obszaru przestrzeni załamuje się wokół zwierciadła wewnątrz teleskopów.
Następnie zespół Falcão zbadał tę samą galaktykę w świetle rentgenowskim, korzystając z obserwatorium Chandra, aby dowiedzieć się, co się dzieje. „Kiedy spojrzeliśmy na MCG-03-34-64 w paśmie rentgenowskim, zobaczyliśmy dwa oddzielne, potężne źródła emisji o wysokiej energii, zbieżne z jasnymi optycznymi punktami światła obserwowanymi przez Hubble’a. Połączyliśmy te fragmenty i doszliśmy do wniosku, że prawdopodobnie patrzymy na dwie blisko siebie położone supermasywne czarne dziury” – powiedział Falcão.
Interpretacja sygnałów na różnych długościach fal
Na poparcie swojej interpretacji badacze wykorzystali archiwalne dane radiowe z Very Large Array Karla G. Jansky’ego w pobliżu Socorro w Nowym Meksyku. Energetyczny duet czarnych dziur emituje również potężne fale radiowe. „Kiedy widzisz jasne światło w zakresie fal optycznych, rentgenowskich i radiowych, wiele rzeczy można wykluczyć, wychodząc z wniosku, że można je wytłumaczyć jedynie jako bliskie czarne dziury. Kiedy złożysz wszystkie elementy w całość, otrzymasz obraz duetu AGN” – powiedział Falcão.
Trzecie źródło jasnego światła widziane przez Hubble’a jest nieznanego pochodzenia i potrzeba więcej danych, aby je zrozumieć. Może to być gaz porażony energią pochodzącą z ultraszybkiego strumienia osocze wystrzelony z jednej z czarnych dziur, niczym strumień wody z węża ogrodowego wpadający w górę piasku.
„Nie bylibyśmy w stanie zobaczyć tych wszystkich zawiłości bez niesamowitej rozdzielczości Hubble’a” – powiedział Falcão.
Przyszłe implikacje i trwające badania
Dwie supermasywne czarne dziury znajdowały się kiedyś w jądrach odpowiednich galaktyk macierzystych. Połączenie galaktyk zbliżyło czarne dziury do siebie. Będą one nadal zbliżać się do siebie spiralnie, aż w końcu się połączą – za być może 100 milionów lat – wstrząsając tkanką przestrzeni i czasu, gdy fale grawitacyjne.
Obserwatorium fal grawitacyjnych z interferometrem laserowym National Science Foundation (LIGO) wykrył fale grawitacyjne powstałe w wyniku kilkudziesięciu połączeń czarnych dziur o masach gwiazdowych. Jednak dłuższe fale wynikające z połączenia supermasywnych czarnych dziur przekraczają możliwości LIGO. Detektor fal grawitacyjnych nowej generacji, zwany misją LISA (Laser Interferometer Space Antenna), będzie się składał z trzech detektorów znajdujących się w przestrzeni kosmicznej, oddzielonych milionami mil, których zadaniem będzie wychwytywanie fal grawitacyjnych o większej długości fali z głębi przestrzeni kosmicznej. ESA (Europejska Agencja Kosmiczna) kieruje tą misją, współpracując z NASA i innymi uczestniczącymi instytucjami, a jej start planowany jest na połowę lat trzydziestych XXI wieku.
Odniesienie: „Rozwiązywanie kandydata na podwójne aktywne jądro galaktyczne z separacją ∼100 szt. w MCG-03-34-64” autorstwa Anny Trindade Falcão, TJ Turnera, SB Kraemera, J. Reevesa, V. Braito, HR Schmitta i L. Feuilleta, 9 września 2024 r., Dziennik astrofizyczny.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad6b91
Obserwatorium rentgenowskie Chandra, zarządzane przez Centrum Lotów Kosmicznych Marshalla należącego do NASA, to kluczowy projekt w nauce o kosmosie, skupiający się na astronomii rentgenowskiej. Operacje naukowe i sterowanie lotami są nadzorowane przez Centrum Rentgenowskie Chandra w Smithsonian Astrophysical Observatory, z siedzibą odpowiednio w Cambridge i Burlington w stanie Massachusetts. Konstrukcją statku kosmicznego kierowała firma Northrop Grumman Space Technologies z siedzibą w Redondo Beach w Kalifornii, będąca głównym wykonawcą.
Od ponad trzydziestu lat Kosmiczny Teleskop Hubble’a przoduje w odkryciach astronomicznych, pogłębiając naszą wiedzę o kosmosie. Ten monumentalny projekt jest efektem współpracy NASA i Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Teleskopem i jego operacjami misyjnymi zarządza Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda należące do NASA Instytut Naukowy Teleskopów Kosmicznych obsługa operacji naukowych. Instytut ten, z siedzibą w Baltimore w stanie Maryland i prowadzony przez Stowarzyszenie Uniwersytetów Badań Astronomicznych, ściśle współpracuje z firmą Lockheed Martin Space w Denver w Kolorado, która również wspiera te operacje misyjne.
