Nova analiza svjetlosti udaljene galaksije podupire postojanje dviju aktivnih supermasivnih crnih rupa čiji je projicirani razmak samo 175 parseka, odnosno približno 570 svjetlosnih godina. Sustav MG B2016+112 promatramo iz razdoblja kada je svemir bio star oko dvije milijarde godina, a gravitacijska leća omogućuje istraživačima da razluče izvore koji bi se inače teško odvojili.
Tim Jianghaoa Huyana i Júlije M. Sisk-Reynés usporedio je spektre triju slika istog sustava u arhivskim mjerenjima instrumenta MUSE na ESO-ovu Vrlo velikom teleskopu. Rad objavljen 25. rujna na arXivu, predan časopisu The Astrophysical Journal Letters, donosi neovisnu provjeru ranijih radijskih i rendgenskih dokaza za dvije aktivne galaktičke jezgre.
Tri slike ne znače tri crne rupe
Ispred udaljenog sustava nalazi se galaksija čija gravitacija skreće i pojačava svjetlost. Takva gravitacijska leća može od jednog pozadinskog izvora stvoriti više prividnih slika. U ovom slučaju astronomi razlikuju tri slike, označene slovima A, B i C.
Ključno pitanje bilo je prikazuju li sve tri isti izvor ili je za njihovo zračenje odgovorne dvije aktivne jezgre. Sama razlika u sjaju nije dovoljna jer gravitacijska leća različite dijelove sustava može pojačati nejednako.
Aktivna galaktička jezgra zrači dok plin pada prema supermasivnoj crnoj rupi. Zagrijana tvar i okolni ionizirani plin stvaraju svjetlost s prepoznatljivim spektralnim obilježjima. Usporedba tih obilježja može pokazati imaju li promatrane slike isti izvor.
Tim je iz mjerenja prikupljenih 2018. izdvojio spektar svake slike. Morao je pritom uzeti u obzir apsorpciju svjetlosti u plinu Mliječne staze i blizu udaljenog sustava. Više snažnih spektralnih linija bilo je toliko zahvaćeno apsorpcijom da nisu bile pogodne za pouzdanu usporedbu.
Razliku su otkrile linije helija i ugljika
Za usporedbu su se pokazale korisnima dvije emisijske linije: ioniziranog helija i ugljika. Omjer njihovih intenziteta bio je međusobno usklađen u slikama A i B, ali se znatno razlikovao u slici C.
Prema tumačenju autora, slike A i B prikazuju jednu aktivnu jezgru, dok C prati drugi izvor ionizirajućeg zračenja. Novi spektroskopski rezultat slaže se s ranijim analizama radijskih i rendgenskih podataka, koje su također upućivale na dvije crne rupe.
Razmak od 175 parseka odnosi se na njihovu projiciranu udaljenost, rekonstruiranu u ravnini neba. Stvarni prostorni razmak može biti veći. Autori sustav opisuju kao najzbijeniji potvrđeni par aktivnih galaktičkih jezgara poznat na crvenom pomaku većem od jedan, a ne kao najbliži par crnih rupa u svemiru općenito.
Crveni pomak MG B2016+112 iznosi 3,273. To znači da je širenje svemira znatno rastegnulo valne duljine njegove svjetlosti prije nego što je stigla do nas. Sustav stoga pruža mogućnost proučavanja rasta crnih rupa u mnogo ranijem razdoblju kozmičke povijesti.
Slične mase, različito zračenje
Iz širine emisijske linije ugljika tim je procijenio donje granice masa. Za crnu rupu povezanu sa slikama A i B dobivene su vrijednosti od najmanje približno 20 do 23 milijuna Sunčevih masa, a za onu povezanu sa slikom C najmanje oko 15 milijuna.
Usporedive mase odgovaraju mogućnosti da se galaksija oblikovala spajanjem dviju galaksija slične mase, od kojih je svaka imala vlastitu središnju crnu rupu. Takvo se spajanje uklapa u dostupne podatke, ali nije izravno snimljen slijed događaja kojim je sustav nastao.
Procjene zračenja u odnosu na Eddingtonovu granicu također se razlikuju. Ta granica opisuje ravnotežu između privlačenja gravitacijom i pritiska zračenja na plin. Tim je dobio gornje omjere od približno 0,47 i 0,51 za slike A i B, nasuprot približno 0,04 za sliku C.
Ti omjeri nisu izravno izmjerene stope nakupljanja plina. Posebno je nesiguran rezultat za C jer ovisi o tome koliko gravitacijska leća pojačava upravo područje iz kojeg dolazi promatrana svjetlost. Za neovisnu provjeru masa i uvjeta u galaksiji autori predlažu osjetljivija prostorno razlučena mjerenja u bliskom infracrvenom području.
