Budúce splynutie dvoch superhmotných čiernych dier?

Astronómovia objavili dvojicu superhmotných čiernych dier, ktoré krúžia okolo seba s obežnou dobou 2 roky. Tím astronómov zachytil tieto čierne diery pred splynutím do jedného objektu. Je to len po druhý raz, keď pozorujeme takýto vesmírny tanec a tento pár je ešte tesnejší než ten predchádzajúci. Ponúka unikátny pohľad na to, ako sa takéto páry vyvíjajú v čase. Spomínaná dvojica čiernych dier sa nachádza asi 9 miliárd svetelných rokov od nás, v jadre veľmi vzdialenej galaxie. Ako sa jedna z nich „kŕmi“ okolitou hmotou, vytvára rádiový výtrysk, ktorý je nasmerovaný presne k našej Zemi. Takéto objekty, ktoré nazývame „blazary“, sú krátkotrvajúce a náhodne sa zjasňujúce a zoslabujúce objekty. Ale člen tímu Anthony Readhead (Caltech, USA) spozoroval pri tomto blazare niečo neobyčajné.

Tento objekt označený ako PKS 2131-021 už v roku 2008 začal nielen periodicky, ale aj sinusoidálne meniť svoju jasnosť. Inými slovami, zmeny jeho jasnosti sledovali „vlnovkový vzor“, ktorý sa opakoval každých niekoľko rokov. Ak by bol priebeh jasnosti úplne pravidelný a nie práve zhodný s priebehom svetelných zmien blazaru, potom by sa mala jeho jasnosť takto periodicky a stabilne meniť dlhší čas. Ale vedecký tím by potreboval desiatky rokov zbierať dáta, aby potvrdil takéto správanie. Preto sa astronómovia vydali cestou hľadania zmien jasnosti tohto objektu v starších pozorovaniach. Najstaršie pozorovania, ktoré sa im podarilo získať, pochádzajú z roku 1980. Potom sa však k tímu pripojila študentka z Caltechu Sandra O’Neill(ová), pôvodne chemička, ktorá si pribrala na štúdium aj astronómiu, aby sa počas pandémie nenudila. A práve ona „vylovila“ staršie pozorovania z Haystack Observatory. Boli to pozorovania z rokov 1975 až 1983. Podarilo sa určiť, že maximum jasnosti blazaru bolo v roku 1976, presne ako vyplývalo z predpovede podľa sinusoidálnych zmien jasnosti. „Keď sme zistili, že maximá a minimá krivky súhlasia s predpoveďou, vedeli sme, že sa deje niečo zvláštne.,“ hovorí O’Neill(ová). Svoje výsledky potom publikovali v časopise Astrophysical Journal Letters. Dôvod takejto pravidelnosti zmien jasnosti nebol ihneď známy, ale Roger Blandford (Stanford University) si vzal na pomoc modelovanie fyzikálnych javov, ktoré by sa tu mohli prejavovať. Našiel dôkaz, že prítomnosť druhej čiernej diery bola kľúčom k vysvetleniu správania blazaru.

Jasnosť výtrysku kolíše s obežnou periódou páru čiernych dier. „Predtým než Roger vypracoval svoju teóriu, nikto si nepredstavoval, že dvojica čiernych dier s relativistickým výtryskom bude vyzerať takto,“ hovorí Readhead. Sinusoidálne zmeny jasnosti naznačujú, že dve superhmotné čierne diery obiehajú okolo seba približne raz za dva roky a ich vzájomná vzdialenosť je zhruba 50-krát väčšia než je vzdialenosť Pluta od Slnka, t.j. asi 2000 AU (astronomických jednotiek), čo je  300 miliárd km. Jediný astronómom známy ďalší takýto podobný pár, označený OJ 287, má obežnú dobu čiernych dier 9 rokov. Troje rádiové pozorovania kvazaru PKS 2131-02, zachytávajúce 45 rokov, boli získané na Owens Valley Radio Observatory (OVRO), University of Michigan Radio Astronomical Observatory (UMRAO) a Haystack Observatory. Takáto tesná dráha s len dvojročnou obežnou dobou znamená, že superhmotné čierne diery v srdci PKS 2131-021 by sa mali zraziť za nejakých 10 000 rokov, čo je v astronómii len „okamih“. Pri tomto procese sa uvoľní obrovské množstvo energie vo forme gravitačných vĺn – vlniek v samotnej štruktúre priestoru.

Gravitačné vlny, ktoré sa nám na Zemi podarilo pozorovať s pomocou zariadení ako sú LIGO, Virgo a KAGRA, k nám dorazili zo splynutia menších (stelárnych = hviezdnych) čiernych dier. Tie majú hmotnosti desiatky až stovky hmotností Slnka. Ale superhmotné čierne diery v jadrách galaxií sú „ťažké váhy“ – ich hmotnosť sa ráta v miliónoch až miliardách hmotností Slnka. Superhmotné čierne diery v jadre PKS 2131-021s hmotnosťami rádu stámiliónov slnečných hmotností vyprodukujú gravitačné vlny s frekvenciami príliš nízkymi na to, aby ich naše detektory boli schopné zaregistrovať. Avšak sledovanie pravidelných signálov rýchlo rotujúcich neutrónových hviezd - pulzarov - môže pomôcť objaviť aj takéto signály. Davide Gerosa (University of Milan-Bicocca, Taliansko), ktorý sa na výskume nezúčastnil, je nadšený týmto objavom, „Páry superhmotných čiernych dier je teraz možné pokladať za pomerne rozšírené, ale zároveň je ťažké ich objaviť,“ hovorí tento vedec. Člen tímu Sebastian Kiehlmann (Foundation for Research and Technology, Grécko) si myslí, že to je len začiatok. „Naša štúdia ukázala ako získať aspoň nejaký návod na hľadanie takýchto binárnych blazarov v budúcnosti,“ konštatuje Kiehlmann.

Publikované v časopise QUARK 5/2022, RNDr. Zdeněk Komárek

Zdroj obrázka: https://scitechdaily.com