Astronomi su uz pomoć svemirskog teleskopa James Webb (JWST) potvrdili prvi slučaj “odbjegle” supermasivne crne rupe, objekta koji je izbačen iz svoje galaksije domaćina i nastavlja se kretati kroz svemir. Tragovi tog događaja pronađeni su u sustavu poznatom kao “Cosmic Owl,” paru prstenastih galaksija udaljenih oko 8,8 milijardi svjetlosnih godina, koje se sve više približavaju i ulaze u proces spajanja.
Presudan dokaz donijeli su spektroskopski podaci JWST-a. Na čelu dugačkog, gotovo pravocrtnog traga plina otkriven je jasan potpis snažnog čeonog udarnog vala. Istraživači zaključuju da upravo kombinacija repa i tog udarnog vala (engl. Bow Shock) prvi put nedvojbeno potvrđuje da je riječ o supermasivnoj crnoj rupi izbačenoj iz svoje galaksije domaćina.
Analizu je vodio Pieter van Dokkum sa Sveučilišta Yale. “Povremeni bijeg supermasivnih crnih rupa (SMBH) iz njihovih galaksija domaćina dugogodišnje je predviđanje teorijskih studija”, pišu van Dokkum i koautori. “Predstavljamo JWST/NIRSpec IFU promatranja kandidata za odbjeglu supermasivnu crnu rupu na vrhu linearne strukture duge 62 kpc pri z = 0,96.”
Struktura duga 62 kiloparseka proteže se oko 202.000 svjetlosnih godina. Cosmic Owl ime je dobio po dojmu “sovinih očiju” koji nastaje jer se prstenovi dviju galaksija ističu dok se sustav približava spajanju. Upravo u tom okruženju astronomi su uočili neuobičajeno ravnu, izduženu pojavu, i posumnjali da bi mogla biti trag iza masivnog objekta izbačenog iz galaktičkog središta. Podaci James Webba sada daju potvrdu da je to tumačenje ispravno.
Dva mehanizma bijega povezana sa spajanjem galaksija
Prema autorima istraživanja, postoje dva prirodna procesa koja supermasivnoj crnoj rupi mogu dati dovoljnu brzinu da napusti galaksiju domaćina. Prvi uključuje gravitacijsku interakciju triju masivnih objekata, dok drugi proizlazi iz asimetričnog odnošenja impulsa u gravitacijskim valovima nastalim pri spajanju dviju crnih rupa.
“Oba se mehanizma prirodno javljaju tijekom spajanja galaksija, kada se supermasivne crne rupe iz njihovih izvornih galaktičkih središta okupljaju u jednoj zajedničkoj jezgri”, navode autori. U takvim sudarima galaktičkih jezgri mogu nastati uvjeti u kojima jedan od masivnih objekata biva izbačen iz sustava.
U ovom slučaju presudne su dvije jasno razlučive strukture. Prva je izduženi rep plina, dug oko 200.000 svjetlosnih godina, dok je druga snažan čeoni udarni val na čelu gibanja. U repu vlada niži tlak nego u području udarnog vala, zbog čega se plin ondje zadržava i nakuplja. Takvi uvjeti pogoduju stvaranju novih zvijezda duž putanje kojom se supermasivna crna rupa kreće kroz prostor.
Spektroskopski potpis nadzvučnog udarnog vala
Kandidata označenog kao Runaway Black Hole 1 (RBH1) JWST je promatrao instrumentom NIRSpec Integrated Field Unit (IFU). Taj instrument omogućuje istodobno snimanje slike i spektralnih podataka za mali dio neba, u polju veličine 3 lučne sekunde × 3 lučne sekunde, čime se u istom promatranju mogu analizirati sastav, temperatura i gibanje plina.
Analiza podataka pokazala je da se izmjerena kinematika plina na vrhu strukture podudara s očekivanjima za snažan nadzvučni udarni val, što autori smatraju ključnim dokazom da se doista radi o odbjegloj supermasivnoj crnoj rupi.
“Stoga nalazimo da je promatrana kinematika na vrhu RBH-1 kvalitativno u skladu s očekivanjima za snažan nadzvučni udarni val”, pišu autori. “Dokaz za nadzvučni udarni val na čelu RBH-1 vrlo je snažan, gotovo do razine neoborivosti.”
Istraživači podsjećaju da su u ranijem radu identificirali dugački rep i pretpostavili postojanje udarnog vala, ali tada nisu raspolagali podacima dovoljne kvalitete za konačnu potvrdu. Nova promatranja JWST-a i svemirskog teleskopa Hubble omogućila su znatno detaljniju analizu, pri čemu je JWST imao presudnu ulogu.
“Središnja tvrdnja Rada I bila je da je linearna struktura trag iza odbjegle supermasivne crne rupe, i to je snažno potkrijepljeno našom analizom”, navode autori. “Koristeći novodobivene HST/UVIS i JWST/NIRSpec podatke potvrđujemo da je izvanredna linearna struktura opisana u Radu I trag iza odbjegle crne rupe.”
U zaključku dodatno ističu da su sada potvrdili i prostorno razlučen udarni val na čelu traga, što su ranije predvidjeli na temelju modela udarnog vala i sjaja snažne emisijske regije [O III] u podacima prikupljenima instrumentom Keck/LRIS.
“Također potvrđujemo prisutnost prostorno razlučenog udarnog vala na čelu traga, nečega što smo predvidjeli na temelju šok-modela i sjaja [O III] čvora u Keck/LRIS podacima”, pišu autori.
Teorije
Znanstvenici su još prije otprilike pola stoljeća predvidjeli da supermasivne crne rupe mogu biti izbačene iz galaktičkih središta kao posljedica ekstremnih gravitacijskih procesa. Potvrda prvog takvog slučaja upućuje na to da takvi objekti vjerojatno nisu rijetkost, već su dosad izmaknuli sustavnom opažanju. Njihovo otkrivanje sada se očekuje u sklopu budućih širokopoljnih pregleda neba.
“Očiti skupovi podataka za sustavno traženje ovakvih pojava su širokopoljni pregledi s misijama Euclid i Roman”, zaključuju autori.
U promatranom sustavu supermasivna crna rupa kreće se kroz okolni plin, sabijajući materijal ispred sebe i ostavljajući za sobom dugački trag.
U tom tragu, zbog razlika u tlaku i nakupljanja plina, mogu se stvarati nove zvijezde, a čeoni udarni val na čelu strukture služi kao jasan promatrački potpis gibanja nadzvučnom brzinom.
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.
