Supermasivna crna rupa ne mora zauvijek ostati u središtu svoje galaksije. Nakon spajanja dviju crnih rupa gravitacijski valovi mogu novonastali objekt snažno odgurnuti, a astronomi su u podacima o približno 100.000 kvazara pronašli statistički trag koji odgovara upravo takvu scenariju.
Kvazari u kojima se crne rupe, prema procjenama, brže gibaju u odnosu na okolnu galaksiju u prosjeku imaju crveniju svjetlost. To upućuje na veću količinu prašine na njezinu putu do nas. Takvu su povezanost istraživači predvidjeli deset godina prije nego što su je provjerili u velikom skupu opažanja.
Studija Bencea Bécsyja i suradnika, objavljena u časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, otkriva zajednički obrazac u svjetlosti velikog broja aktivnih galaktičkih jezgri. Taj obrazac podupire pretpostavku da se dio njihovih crnih rupa nakon spajanja pomaknuo iz središta galaksije.
Kako gravitacijski valovi mogu pomaknuti crnu rupu
Kada se galaksije spoje, njihove središnje crne rupe mogu postupno oblikovati par i približavati se jedna drugoj. U završnom dijelu tog procesa sustav gubi energiju emitirajući gravitacijske valove, poremećaje koji se šire prostorvremenom.
Ako se valovi ne emitiraju jednako u svim smjerovima, novonastala crna rupa dobiva potisak u suprotnom smjeru od onoga u kojem valovi odnose veću količinu gibanja. Taj se učinak naziva gravitacijskim trzajem. Njegova jačina ovisi, među ostalim, o omjeru masa crnih rupa i orijentaciji njihovih rotacija.
Dovoljno snažan trzaj može crnu rupu izbaciti iz galaksije. Slabiji je može samo udaljiti od središta, nakon čega se pod utjecajem gravitacije vraća i oscilira oko jezgre. U tom slučaju crna rupa ne provodi cijelo vrijeme na istom mjestu niti se uvijek kreće istom brzinom.
Dosadašnji pojedinačni kandidati pokazuju koliko je teško dokazati taj proces opažanjem. NASA-in prikaz potrage za jednom takvom crnom rupom opisuje sustav u kojem se razmatralo više mogućih objašnjenja. Ni neobičan položaj ni neobičan spektar sami po sebi nisu dovoljni da se utvrdi uzrok.
Zašto su istraživači usporedili brzinu i prašinu
Kvazar je iznimno sjajna aktivna galaktička jezgra, napajana tvari koja pada prema supermasivnoj crnoj rupi. Sama crna rupa ne emitira svjetlost kojom je u ovom istraživanju pratimo. Zračenje dolazi iz njezina okoliša, uključujući plin koji je dovoljno blizu da ostane gravitacijski vezan uz nju i nakon trzaja.
Ako takav plin putuje s crnom rupom, njegove spektralne linije mogu biti pomaknute u odnosu na linije plina koji ostaje vezan uz širu galaktičku jezgru. Iz te razlike istraživači procjenjuju gibanje u smjeru prema nama ili od nas. Boja kvazara istodobno im služi kao pokazatelj utjecaja prašine, uz usporedbu objekata na sličnom crvenom pomaku.
Predviđanje iz 2016. povezalo je te dvije veličine: crna rupa koja oscilira oko jezgre najbrže prolazi kroz središnji dio, gdje je i mnogo okolne prašine. U dovoljno velikom uzorku stoga bi brže gibanje trebalo biti povezano s većim zacrvenjenjem.
Analiza podataka Sloan Digital Sky Surveyja pokazala je takvu povezanost. Ona je umjerena, ali zbog velikog uzorka statistički vrlo značajna. Među najbržim objektima udio izrazito prašinom zacrvenjenih kvazara bio je približno tri puta veći nego među najsporijima. Taj su omjer dobili uz stroži kriterij za izdvajanje kvazara čija je svjetlost najviše zacrvenjena prašinom.
Obrazac postoji, ali nisu riješene sve nedoumice
Važna kontrola bila je usporedba linija udaljenijeg plina, koje ne bi trebale pratiti gibanje crne rupe. Kada su brzine računali samo iz tih linija, tražena je pozitivna povezanost uglavnom nestala. Rezultat je ostao prisutan i pri različitim načinima odabira podataka i mjerenja pomaka.
Ipak, opažena je i asimetrija između plina koji se prema procjeni približava i onoga koji se udaljava. Taj se detalj ne uklapa jednostavno u najosnovniji model trzaja. Na mjerenja mogu utjecati galaktički vjetrovi, dotok plina, orijentacija sustava i način određivanja položaja spektralnih linija.
Autori rezultat tumače kao statistički dokaz u prilog postojanju crnih rupa pomaknutih iz galaktičkih središta, ali navode da još treba provjeriti i druga moguća objašnjenja. Ne zaključuju da je svaka crna rupa u uzorku izbačena, niti da je potvrđeno napuštanje galaksije u svakom pojedinom slučaju.
Ako daljnja opažanja razdvoje te mogućnosti, ista bi metoda mogla pomoći u procjeni koliko se često supermasivne crne rupe spajaju. Tada bi svjetlost kvazara pružala trag o prošlim spajanjima, dok bi ih buduće svemirske zvjezdarnice za gravitacijske valove mogle pratiti samim signalom nastalim pri spajanju.
