Kosminis milžinų susidūrimas jau čia pat: ką mokslininkai pamatė tolimos galaktikos centre?

Už maždaug pusę milijardo šviesmečių esanti itin ryški galaktika gali suteikti retą progą stebėti supermasyvių juodųjų skylių susidūrimą beveik realiu laiku – galbūt net per artimiausią šimtmetį.

Nauja blazaro tipo galaktikos Mrk 501 šviesos analizė rodo, kad jos centre gali būti ne viena, o dvi supermasyvios juodosios skylės, ir kiekviena jų galimai sukuria atskirą didžiuliu greičiu į kosmosą šaunamą medžiagos čiurkšlę. Nors tai dar nėra galutinis įrodymas, tyrimo autoriai teigia, kad šiuo metu tai įtikinamiausias paaiškinimas, kodėl galaktika elgiasi neįprastai.

Jei hipotezė pasitvirtintų, tai reikštų, kad astronomai priartėjo prie vieno svarbiausių šiuolaikinės kosmologijos tikslų: pirmą kartą užfiksuoti supermasyvių juodųjų skylių – objektų, kurių masė gali būti nuo milijonų iki milijardų Saulės masių – susiliejimą.

„Iki šiol joks dvigubų čiurkšlių modelis blazaro branduolyje nebuvo nustatytas tiesioginiais vaizdais. Todėl šiame darbe pateikiamas pirmasis dvigubos čiurkšlių sistemos aptikimas, leidžiantis daryti išvadą apie dvejetą supermasyvių juodųjų skylių šio blazaro branduolyje“, – rašo tyrėjai.

Manoma, kad beveik kiekvienos didesnės galaktikos centre slypi supermasyvi juodoji skylė – kosminis „branduolys“, aplink kurį sukasi likusi galaktikos dalis. Tokie objektai kelia daug klausimų, o vienas jų – kaip jie pasiekia milžinišką masę.

Žvaigždinės masės juodosios skylės (susidarančios žlugus masyvių žvaigždžių branduoliams) gali jungtis tarpusavyje ir taip augti, tačiau keliai, kaip susiformuoja ir vystosi milijonus kartų masyvesnės supermasyvios juodosios skylės, išlieka gerokai paslaptingesni. Viena priežasčių – sudėtinga aptikti gravitacines bangas iš pavienių supermasyvių juodųjų skylių susijungimų, nors būtent tai suteiktų daugiausia informacijos apie jų augimą per susiliejimus.

Vis dėlto supermasyvios juodosios skylės dažnai „išsiduoda“: jos ryja didžiulius medžiagos kiekius, aplink jas susiformuoja įkaitęs akrecinis diskas, o dalis medžiagos gali būti nukreipiama magnetinio lauko linijomis ir palei ašį iššaunama į kosmosą kaip plazmos čiurkšlė. Tokios čiurkšlės ryškiai švyti radijo ruože ir yra matomos teleskopais.

Taip pat žinoma, kad galaktikos Visatoje susiduria ir jungiasi, o jų centruose esančios supermasyvios juodosios skylės galiausiai ima artėti viena prie kitos. Aptikta ne viena galaktika, kurios centre po susijungimo liko dvi ar net daugiau supermasyvių juodųjų skylių, įstrigusių spiraliniame judėjime, kuris ilgainiui turėtų baigtis susiliejimu.

Mrk 501, esanti maždaug 464 milijonų šviesmečių atstumu, jau anksčiau buvo laikoma potencialia galaktika, galinčia slėpti dvejetą supermasyvių juodųjų skylių. Tačiau Mrk 501 yra blazaras – tai aktyvi galaktika, kurios relativistinė čiurkšlė nukreipta beveik tiesiai į Žemę. Dėl to ji ypač ryški visame elektromagnetiniame spektre, o jos branduolio detali analizė tampa sudėtingesnė.

Tyrėjų komanda pasitelkė itin aukštos raiškos radijo teleskopus ir keliuose radijo bangų ruožuose stebėjo Mrk 501 centro pokyčius. Stebėjimai apėmė apie 23 metų laikotarpį, todėl mokslininkai galėjo sekti ryškias struktūras čiurkšlėje ir jų kaitą laikui bėgant.

Šie duomenys leido atkurti, kaip medžiaga juda šalia galaktikos „centrinio variklio“. Būtent čia paaiškėjo keistas dėsningumas: stebėjimų raštas rodė, kad gali egzistuoti antra, silpnesnė čiurkšlė, tarsi apsisukanti prieš laikrodžio rodyklę aplink radijo branduolį.

„Vertinant duomenis jausmas buvo tarsi laive – visa čiurkšlių sistema juda. Tai gali paaiškinti dviejų juodųjų skylių sistema: svyruoja orbitos plokštuma“, – teigiama tyrėjų komentare.

Komanda sumodeliavo stebėtą judėjimą ir padarė išvadą, kad antra supermasyvi juodoji skylė geriausiai paaiškina elgseną. Mokslininkai nustatė du šviesio svyravimo periodus. Vienas jų siekė septynerius metus – tai galėtų būti susiję su čiurkšlių sistemos „klibėjimu“, panašiu į besisukančio vilkelio svyravimą.

Kitas periodas buvo apie 121 dieną. Tyrėjų teigimu, tai galėtų atitikti dviejų juodųjų skylių orbitos periodą, jei jos būtų atskirtos maždaug 250–540 kartų didesniu atstumu nei atstumas tarp Žemės ir Saulės. Supermasyvių juodųjų skylių mastu tai būtų itin mažas tarpas.

Šis artumas svarbus ir dėl vadinamosios „paskutinio parseko problemos“. Modeliai rodo, kad juodosioms skylėms sukantis vienai apie kitą, jų orbitos energija perduodama aplinkinėms žvaigždėms ir dujoms, todėl atstumas tarp jų mažėja. Tačiau priartėjus maždaug iki vieno parseko (apie 3,2 šviesmečio), aplinkinės medžiagos nepakanka, kad orbitos mažėjimas tęstųsi, ir procesas gali „įstrigti“ labai ilgam laikui – gal net ilgiau nei dabartinis Visatos amžius.

Jei Mrk 501 iš tiesų turi supermasyvių juodųjų skylių porą, jų atstumas, tyrėjų vertinimu, galėtų būti iki 0,0026 parseko. Tai reikštų, kad tokios sistemos kažkokiu būdu sugeba įveikti etapą, kurį fizika laiko ypač sudėtingu.

Dar daugiau – dėl tokio artumo laikas iki galimo susidūrimo galėtų būti labai trumpas: mažiau nei 100 metų. Todėl Mrk 501 siūloma stebėti ypač atidžiai, pasitelkiant ir pulsarų laiko matavimo masyvus, kurie galėtų aptikti jų skleidžiamas žemo dažnio gravitacines bangas.

„Jei gravitacinės bangos bus aptiktos, galėtume net matyti, kaip jų dažnis palaipsniui kyla, dviem milžinams spirale artėjant prie susidūrimo. Tai suteiktų retą galimybę stebėti supermasyvios juodosios skylės susiliejimą jam vykstant“, – teigiama mokslininkų komentare.

Tyrimas priimtas publikuoti žurnale Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.