Kada se galaksije sudare, rezultat nije miran ni kratak proces, nego dugotrajno i nasilno spajanje koje traje milijunima godina. Tijekom tog vremena dva golema sustava zvijezda postupno se stapaju, a njihova gravitacija ih neprestano vuče jedno prema drugome. U središtu svake galaksije nalazi se supermasivna crna rupa, objekt koji sadrži milijune, a ponekad i milijarde puta veću masu od našeg Sunca. Nakon što se galaksije u potpunosti spoje, dvije crne rupe trebale bi se pronaći i uspostaviti orbitu oko zajedničkog središta gravitacije. Takav proces stvara jedan od najekstremnijih sustava u svemiru, binarni sustav supermasivnih crnih rupa.
Dokazi koji još uvijek izmiču
Unatoč desetljećima teorijskih predviđanja i simulacija, potvrda postojanja ovih binarnih sustava i dalje izmiče znanstvenicima. Nedavni pregled međunarodnog tima astronoma, koji je vodio Martin G. H. Krause, donosi trenutno stanje dokaza i istraživanja o tim rijetkim kozmičkim parovima. Autori su prikupili opažanja prikupljena kroz čitav elektromagnetski spektar i pokušali povezati podatke u cjelinu, istražujući što bismo točno mogli vidjeti dok se ove crne rupe postupno spiralno približavaju prema svom konačnom spajanju.
Kako nastaju binarni sustavi crnih rupa
Prema teorijskim modelima, razvoj binarnih sustava supermasivnih crnih rupa odvija se u nekoliko prepoznatljivih faza. Nakon što se dvije galaksije sjedine, crne rupe iz njihovih središta polako tonu prema zajedničkom gravitacijskom središtu nove galaksije kroz proces poznat kao dinamičko trenje. Dok svaka od njih prolazi kroz gustu galaktičku okolinu, prenosi energiju na obližnje zvijezde i tamnu tvar, čime postupno gubi zamah i kinetičku energiju. S vremenom se dvije crne rupe počinju međusobno orbitirati, najprije na udaljenostima od nekoliko tisuća svjetlosnih godina, zatim stotina, a naposljetku možda i samo nekoliko svjetlosnih godina. Taj proces traje stotinama milijuna godina, a svaka faza ostavlja mjerljive tragove koje suvremena astronomija pokušava otkriti.
Svjetlosni tragovi i radio signali
Osim što se mogu prepoznati po načinu nastanka, ti binarni sustavi trebali bi stvarati i jasne signale u različitim dijelovima elektromagnetskog spektra. Kada plin iz okolnog prostora počne padati prema crnim rupama u orbiti, može stvoriti karakteristične dvostruke vrhove emisijskih linija u spektru zračenja. Ako jedna od crnih rupa pokreće mlaz, snažan snop čestica i zračenja koji izbacuje gotovo brzinom svjetlosti, tada orbitalno gibanje binarnog sustava može uzrokovati pomak ili precesiju mlaza, što stvara prepoznatljive zakrivljene ili S-oblike vidljive u radio opažanjima. Astronomi su već prepoznali nekoliko obećavajućih kandidata koji pokazuju upravo takve značajke, među njima i primjere zabilježene radio teleskopom LOFAR.
Dvostruke aktivne jezgre i njihovi kandidati
U pregledu se posebna pozornost posvećuje opažanjima dvostrukih aktivnih galaktičkih jezgri, sustava u kojima obje crne rupe aktivno privlače i akretiraju okolni plin, stvarajući snažan sjaj. Takvi kandidati zabilježeni su na različitim udaljenostima, od nekoliko tisuća svjetlosnih godina pa sve do svega nekoliko svjetlosnih godina. Kod većih udaljenosti astronomi ponekad uspijevaju izravno snimiti obje crne rupe kao odvojene objekte, dok se pri manjim udaljenostima tragovi mogu otkriti samo neizravno, kroz spektroskopske potpise i neobične orijentacije mlazova zračenja.
Poveznica s gravitacijskim valovima
Binarni sustavi supermasivnih crnih rupa posebno su zanimljivi zbog njihove veze s astronomijom gravitacijskih valova. Kako se dvije crne rupe međusobno približavaju, one počinju emitirati gravitacijske valove, poremećaje u samoj strukturi prostorvremena.
Za razliku od spajanja crnih rupa zvjezdane mase koje detektira LIGO, a koja proizvode kratkotrajne, visokofrekventne valove koji traju tek nekoliko sekundi, supermasivne crne rupe stvaraju niskofrekventne valove koji se mogu otkriti pomoću mreža pulsara ili budućih svemirskih detektora poput Laser Interferometer Space Antenna (LISA). Takva bi opažanja otvorila posve novo poglavlje u razumijevanju povijesti spajanja galaksija i evolucije svemira.
Problem posljednjeg parseka
Pregled jasno pokazuje da, iako su sadašnji dokazi raznoliki i uvjerljivi, još postoje ozbiljne nepoznanice. Jedna od najvećih zagonetki je takozvani “problem posljednjeg parseka,” pitanje kako binarne crne rupe uspijevaju smanjiti svoju međusobnu udaljenost s nekoliko svjetlosnih godina na konačno spajanje. Na tim razdaljinama u okolini često nema dovoljno materijala koji bi mogao učinkovito izvući energiju iz sustava i time ubrzati proces. Znanstvenici razmatraju više mogućih rješenja: prolazak masivnih zvijezda koje prolaze blizu, utjecaj plinskih diskova ili čak dolazak treće supermasivne crne rupe iz neke druge galaktičke kolizije. Svaki od tih scenarija mogao bi pomoći u objašnjenju kako svemir dovodi te divovske objekte do konačnog, kataklizmičkog spoja.
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.
