Kako supermasivne crne rupe narastu do masa milijunima, pa i milijardama puta većih od Sunčeve, jedno je od ključnih otvorenih pitanja moderne astronomije. Novo istraživanje sada donosi dosad najizravniji trag da odgovor barem dijelom leži u njihovu međusobnom spajanju: u galaksiji Markarian 501 astronomi su pronašli dvije supermasivne crne rupe koje kruže jedna oko druge na razmaku koji je za takve objekte iznimno malen. Ako je njihovo tumačenje točno, riječ je o prvom tako bliskom paru uhvaćenom neposredno prije spajanja, što otvara rijetku priliku za proučavanje jednog od temeljnih procesa u razvoju galaksija.
Tim koji vodi Silke Britzen iz Instituta Max Planck za radioastronomiju u Bonnu zaključio je da se u središtu galaksije Mrk 501, u zviježđu Herkula, nalazi sustav dviju supermasivnih crnih rupa u vrlo bliskoj orbiti. Važnost otkrića nije samo u tome što pokazuje neobičan prizor u dalekoj galaksiji, nego i u tome što pogađa samo srce pitanja kako galaksije rastu i kako njihova središta kroz vrijeme postaju sve masivnija.
Astronomi već dugo smatraju da se u središtu gotovo svake velike galaksije nalazi supermasivna crna rupa. No još nije sasvim jasno kako ti objekti dosegnu tako goleme mase. Samo prikupljanje plina iz okoline vjerojatno nije dovoljno brzo da objasni njihov rast, pa je sve više upućivalo na to da se moraju spajati s drugim masivnim crnim rupama. Budući da su sudari galaksija u svemiru česti na dugim vremenskim skalama, logično je očekivati da se i crne rupe iz njihovih središta postupno približavaju, kruže jedna oko druge i na kraju stapaju u jednu.
Problem je bio u tome što je upravo ta završna faza dosad ostajala izvan dosega pouzdanog promatranja. Teorijski modeli još je ne opisuju dovoljno precizno, a premda su sudari galaksija uobičajeni, nijedan tako blizak par masivnih crnih rupa dosad nije bio uvjerljivo potvrđen.
Drugi mlaz razotkrio sustav
U središtu Mrk 501 nalazi se crna rupa koja u svemir izbacuje snažan mlaz čestica gotovo brzinom svjetlosti. Upravo je taj mlaz bio polazište novog istraživanja. Znanstvenici su analizirali promatranja visoke razlučivosti na više radijskih frekvencija, prikupljana tijekom približno 23 godine, kroz desetke promatračkih dana.
Tek je tako dug niz podataka pokazao da ondje nije riječ samo o jednom mlazu. U središtu galaksije pojavio se i drugi, što autori tumače kao prvi izravni prikaz takvog sustava i jasan trag postojanja druge supermasivne crne rupe. Britzen ističe da je tim dugo tragao za takvim signalom, a onda se pokazalo ne samo da drugi mlaz postoji, nego da se može pratiti i njegovo gibanje.
Prvi mlaz usmjeren je prema Zemlji, zbog čega nam izgleda izrazito sjajan i astronomima je odavno poznat. Drugi je nagnut drukčije i zato ga je bilo mnogo teže uočiti. No u razdoblju od samo nekoliko tjedana istraživači su primijetili velike promjene: drugi mlaz pojavljuje se iza veće crne rupe i zatim se oko nje pomiče suprotno od smjera kazaljke na satu. Taj se obrazac pritom ponavlja.
Britzen kaže da je analiza podataka pokazivala kako je cijeli sustav mlazova u stalnoj promjeni položaja. Prema autorima, najlogičnije objašnjenje jest da dvije crne rupe kruže jedna oko druge, dok se njihova orbitalna ravnina pritom zanosi. Dodatni trag pojavio se u lipnju 2022., kada je zračenje sustava do Zemlje stiglo tako savijenom putanjom da se prikazalo kao prsten, takozvani Einsteinov prsten. Najizglednije tumačenje jest da je sustav tada bio gotovo savršeno poravnat prema nama, pa je gravitacija poznate crne rupe u prvom planu savila svjetlost drugog mlaza iza nje.
Trag koji vodi do sudara
Na temelju promjena kroz vrijeme i uzoraka u sjaju mlazova istraživači su zaključili da dvije crne rupe jedna oko druge obiđu puni krug za oko 121 dan. Razdvaja ih udaljenost od približno 250 do 540 puta veća od razmaka između Zemlje i Sunca. To zvuči golemo, ali za objekte čije se mase procjenjuju na 100 milijuna do milijardu Sunčevih masa riječ je o iznimno malom razmaku.
Upravo zato autori smatraju da bi se taj razmak mogao smanjivati vrlo brzo. Ovisno o njihovim stvarnim masama, spajanje bi moglo uslijediti već za stotinjak godina. Na kozmičkoj skali to je gotovo tren.
Ipak, same crne rupe još se ne mogu vidjeti kao dva odvojena objekta. Mrk 501 nalazi se predaleko da bi ih razlučile i najnaprednije današnje metode promatranja. Čak ni Event Horizon Telescope, koji je 2019. i 2022. donio prve snimke crnih rupa, za to nije dovoljno moćan.
Zbog toga astronomi neće moći izravno pratiti kako se njihove orbite postupno smanjuju.
Ipak, sustav bi mogao ostaviti drukčiji i vrlo prepoznatljiv trag. Znanstvenici očekuju da par u Mrk 501 emitira gravitacijske valove vrlo niskih frekvencija, kakve bi se mogle otkriti pomoću pulsarskih mreža za precizno mjerenje vremena, odnosno PTA sustava. Upravo su binarni sustavi supermasivnih crnih rupa već glavni kandidat za objašnjenje pozadinskog signala gravitacijskih valova za koji su 2023. objavljeni snažni tragovi u rezultatima European Pulsar Timing Arraya i drugih suradnji. Mrk 501 zato se sada izdvaja kao jedan od najboljih kandidata da se takva emisija prvi put poveže s konkretnim parom supermasivnih crnih rupa. Ako se to potvrdi, astronomi bi možda mogli pratiti i kako frekvencija tih valova postupno raste dok se ta dva diva spiralno približavaju sudaru. To bi bila rijetka prilika da se gotovo u stvarnom vremenu prati završna faza jednog od ključnih procesa u razvoju galaksija.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
