Astronomi pronašli dokaze za najčvršće vezan par supermasivnih crnih rupa ikada promatran.
Čvrsto povezan par supermasivnih crnih rupa
Većina galaksija posjeduju monstruozne crne rupe u svojim jezgrama, uključujući Mliječnu stazu. Kada se galaksije spoje, njihove crne rupe nađu se u središtu novonastale galaksije i na kraju se spoje kako bi formirale još masivniju crnu rupu. Kako se crne rupe okreću jedna prema drugoj, one sve više remete tkivo prostora i vremena, rezultirajući gravitacijskim valovima, koje je prvi predvidio još Albert Einstein.
Astronomi su nedavno pronašli dvije supermasivne crne rupe udaljene oko 9 milijardi svjetlosnih godina od nas, koje su pritom zaključane u ‘epskom kozmičkom plesu’. Naime, kruže jedna oko druge svake dvije godine. Njihove mase stotine su milijuna puta veće od Sunca, a međusobna im je distanca oko 50 puta veća od udaljenosti između Sunca i Plutona. Očekuje se da će se par spojiti za otprilike 10 000 godina, a njihov sudar mogao bi uzdrmati samu matricu prostor-vremena, šaljući gigantske gravitacijske valove širom svemira.
Kvazari i blazari
Tim astronoma predvođen Caltechom otkrio je dokaze za spomenuti scenarij koji se odvija unutar jakog energetskog objekta poznatijeg kao kvazar. Kvazari su aktivne jezgre galaksija u kojima supermasivna crna rupa povlači materijal iz diska koji je okružuje. U nekim kvazarima, supermasivna crna rupa stvara mlaz koji izbija iz nje gotovo brzinom svjetlosti.
Kvazar promatran u novoj studiji, PKS 2131-021, pripada podklasi kvazara zvanoj blazari u kojima je mlaz usmjeren prema Zemlji. Astronomi su već otprije upoznati s činjenicom da kvazari mogu posjedovati dvije supermasivne crne rupe u orbiti, ali dosad za to nisu postojali konkretni dokazi. Unatoč tome, znanstvenici sada tvrde da je PKS 2131-021 drugi poznati kandidat za par supermasivnih crnih rupa kojeg uskoro očekuje spajanje. Prvi kandidatski par, unutar kvazara zvanog OJ 287, kruži jedan oko drugog na većim udaljenostima svakih devet godina.
Prema studiji, snažan mlaz koji izvire iz jedne od dvije crne rupe unutar PKS 2131-021 pomiče se naprijed-natrag zbog orbitalnog gibanja para. To uzrokuje povremene promjene svjetline radio-signala kvazara. Pet različitih zvjezdarnica registriralo je ove oscilacije, uključujući Caltechov Owens Valley Radio Observatorij (OVRO), Radioastronomski opservatorij Sveučilišta Michigan (UMRAO), MIT-ov Haystack observatorij, Nacionalni radioastronomski opservatorij (NRAO), Metsähovi radio observatorij u Finskoj i NASA Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) svemirski satelit. Kombinacija radijskih podataka daje gotovo savršenu sinusoidnu krivulju svjetlosti koja se razlikuje od gotovo svega što je prije promatrano na kvazarima.
Veliki gravitacijski valovi
LIGO (Laser Interferometer Gravitation-Wave Observatory) Nacionalne znanstvene zaklade, kojim zajednički upravljaju Caltech i MIT, detektira gravitacijske valove iz parova crnih rupa koje imaju do desetke puta veće mase od našeg Sunca. Međutim, supermasivne crne rupe u središtima galaksija imaju milijune do milijarde puta veću masu od našeg Sunca i emitiraju niže frekvencije gravitacijskih valova od onih koje je otkrio LIGO.
U budućnosti bi nizovi za mjerenje vremena pulsara koji se sastoje od niza pulsirajućih mrtvih zvijezda precizno praćenih radioteleskopima, trebali moći detektirati gravitacijske valove iz supermasivnih crnih rupa ove mase. Nadolazeća misija Laser Interferometer Space Antenna, ili LISA, otkrit će spajanje crnih rupa čije su mase 1000 do 10 milijuna puta veće od mase našeg Sunca. Iako zasad nisu registrirani gravitacijski valovi iz bilo kojeg od ovih težih izvora, PKS 2131-021 ostaje najperspektivnijim kandidatom. U međuvremenu, svjetlosni valovi bit će najbolja opcija za otkrivanje spajanja supermasivnih crnih rupa.
Prvi kandidat za spajanje dviju supermasivnih crnih rupa, OJ 287, pokazuje periodične varijacije radio-svjetla. Ove fluktuacije su nepravilnije, ali sugeriraju da crne rupe kruže jedna oko druge svakih devet godina. Crne rupe unutar kvazara PKS 2131-021, kruže jedna oko druge svake dvije godine i udaljene su 2000 astronomskih jedinica.
Povijest promatranja seže unazad 45 godina
Dokazi za ovaj par proizašli su iz radijskih opažanja PKS 2131-021 koja se protežu unazad 45 godina. “Kada smo shvatili da se vrhovi i dna krivulje svjetlosti otkriveni u novije vrijeme podudaraju s podacima uočenim između 1975. i 1983., znali smo da je riječ o nečem spektakularnom”, tvrdi Sandra O’Neill, glavna autorica nove studije i student preddiplomskog studija na Caltechu čiji je mentor Tony Readhead, emeritus Robinson profesor astronomije.
Proces otkrića najviše je napredovao nakon 2008. godine kada su Redhead i kolege, koristeći 40-metarski teleskop na OVRO-u, počeli proučavati kako crne rupe pretvaraju materijal kojim se “hrane” u mlazove koji se kreću blizu brzine svjetlosti. Pratili su svjetlinu više od 1000 blazara, a 2020. godine primijetili su nešto što se činilo kao jedinstveni slučaj. “PKS 2131 se mijenjao ne samo periodično, već sinusoidno, što je značilo da postoji obrazac koji možemo pratiti kontinuirano tijekom vremena.” objašnjava Redhead.
Istraživački tim je zatim pregledao arhivu radijskih podataka kako bi potražio prijašnje vrhove u krivuljama svjetla koji su odgovarali predviđanjima temeljenim na novim opažanjima OVRO-a. Podaci iz NRAO-ovog Very Long Baseline Arraya i UMRAO-a otkrili su vrhunac iz 2005. koji je doista odgovarao predviđanjima. Podaci UMRAO također su pokazali da prije 20 godina uopće nije bilo sinusoidnog signala i tako sve do daleke 1981. kada je uočen još jedan predviđeni vrh. “Priča je ovdje gotovo stala, jer nismo znali da postoje podaci o ovom objektu prije 1980., ali onda je Sandra preuzela projekt u lipnju 2021. Da nije bilo nje, ovo fascinantno otkriće ostalo bi na polici.” dodaje Redhead.
Readhead je ponovno pretražio literaturu i otkrio da je Zvjezdarnica Haystack vršila radio promatranja PKS 2131-021 između 1975. i 1983. Ti su podaci otkrili još jedan vrhunac iz 1976. koji je odgovarao njihovim predviđanjima. “Ovaj rad pokazuje vrijednost praćenja izvora tijekom mnogo godina kako bismo došli do važnih znanstvenih otkrića”, smatra koautor Roger Blandford, Moore istaknuti znanstvenik u teorijskoj astrofizici na Caltechu.
Sat koji otkucava
Readhead uspoređuje sustav mlaza koji se kreće naprijed-natrag sa satom koji otkucava. Svaki ciklus sinusoidnog vala odgovara dvogodišnjoj orbiti crnih rupa odnosno razdoblju od pet godina zbog rastezanja svjetlosti uzrokovanog širenjem svemira. Ovo otkucavanje prvi put je uočeno 1976. i trajalo je osam godina. Nakon toga je nestalo na gotovo dva desetljeća zbog promjena u ‘prehrani’ crne rupe te se ponovo vratilo prije 17 godina. “Sat je nastavio otkucavati. Stabilnost 20-godišnjeg razdoblja snažno upućuje na činjenicu da ovaj blazar ne skriva jednu supermasivnu crnu rupu, već dvije koje kruže jedna oko druge” izjavio je Readhead.
Koautor Roger Blandford također je razvio jednostavan model koji objašnjava fiziku iza sinusoidnih varijacija. “Znali smo da nam ovaj prekrasni sinusoidni val govori nešto prilično važno o sustavu. Rogerov model nam pokazuje da je uzrok toga jednostavno orbitalno gibanje. Prije nego što je Roger razradio ovaj model, nitko nije shvaćao da bi binarni sustav s relativističkim mlazom mogao imati ovakvu vrstu krivulje svjetlosti.”
https://kozmos.hr/u-galaksiji-oj-287-mozda-se-nalazi-binanrni-sustav-supermasivnih-crnih-rupa/
Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram
Izvori:
Ja sam Matija Klarić.
Student sam Ekonomskog fakulteta, a u slobodno se vrijeme bavim volonterstvom te istraživanjem, čitanjem i pisanjem o mojim omiljenim temama; svemiru, astronomiji, astrofizici i tehnologiji.
