Dziesięć miliardów lat temu, w młodym Wszechświecie zaczęły łączyć się ze sobą dwie galaktyki. Powstała z nich jedna, większa, która odziedziczyła po galaktykach składowych supermasywne czarne dziury. Naukowcy podejrzeli właśnie te dwa giganty. Okazało się, że są to kwazary, czyli czarne dziury, na które spada jasno świecąca materia.
Dzięki temu, że rozgrzana materia wokół tych czarnych dziur emituje światło, naukowcy mogli je dostrzec. W ten sposób ustalili, że obie supermasywne czarne dziury dzieli zaledwie 10 tys. lat świetlnych. Jak na skalę kosmiczną, to bardzo mało. Zdaniem naukowców, oba te obiekty znajdują się blisko kolizji.
Wykrycie znajdujących się blisko siebie czarnych dziur zdarzało się już wiele razy. Jednak wyżej opisany przypadek jest wyjątkowy. Po pierwsze, astronomowie mają do czynienia z aktywnymi kwazarami. Po drugie, ich obraz – i obraz galaktyki J0749+2255, w której się znajdują – pochodzi z młodego Wszechświata.
Teraz i dawniej w kosmosie
Od razu trzeba zaznaczyć, że stwierdzenie „supermasywne czarne dziury znajdują się na krawędzi kolizji” jest pewnym uproszczeniem. Tak naprawdę bowiem były na takim etapie 3 mld lat po Wielkim Wybuchu. Czyli wtedy, kiedy w naszą stronę zaczęło podróżować emitowane przez kwazary światło.
Potrzebowało ono aż 10 mld lat, zanim zostało zarejestrowane przez ziemskie teleskopy. To, co dzięki nim zobaczyliśmy, to więc tak naprawdę stan przeszły. Gdybyśmy mieli możliwość pokonać jednym skokiem odległość dzielącą nas od galaktyki J0749+2255, zobaczylibyśmy najprawdopodobniej, że teraz jest to olbrzymia galaktyka z jedną gigantyczną supermasywną czarną dziurą w środku.
Jednak astronomowie, badając zdarzenia z wczesnego Wszechświata, używają czasu teraźniejszego. Robią tak, ponieważ najważniejsze dla nas jest to, co tu i teraz możemy rejestrować z pomocą naszych urządzeń badawczych. Stąd naukowcy o kosmicznych zdarzeniach de facto z przeszłości mówią tak, jakby działy się w chwili obecnej.
Supermasywne czarne dziury
Supermasywne czarne dziury to najbardziej masywne obiekty w kosmosie. Mają masę nawet miliard razy większą niż Słońce. Bardzo często znajdują się w jądrach galaktyk. Największa znana supermasywna czarna dziura – J0313‒1806 – ma masę odpowiadającą 1,6 mld mas Słońca. Saggitarius A* – czyli supermasywna czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej – jest „tylko” ponad 4 miliony razy cięższa od Słońca.
Czarne dziury w galaktyce J0749+2255 / fot. NASA, ESA, Yu-Ching Chen (UIUC), Hsiang-Chih Hwang (IAS), Nadia Zakamska (JHU), Yue Shen (UIUC)
Dwie supermasywne czarne dziury w galaktyce J0749+2255 są bliższe rekordzistce. Są odpowiednio 1,26 miliarda i 1,58 miliarda razy cięższe od Słońca. Dzięki obserwacjom prowadzonym za pomocą sondy kosmicznej Gaia naukowcy ustalili, że choć te kwazary są już blisko siebie, nie stanowią jeszcze układu podwójnego powiązanego grawitacyjnie.
By do tego doszło, musi minąć jeszcze około 220 mln lat. Po tym okresie supermasywne czarne dziury zbliżą się do siebie tak bardzo, że zamienią się w układ podwójny. Zaczną krążyć wokół siebie po coraz ciaśniejszej orbicie. Aż w końcu dojdzie do ich gigantycznej kolizji, w wyniku której połączą się ze sobą.
Skąd się wzięły supermasywne czarne dziury we wczesnym Wszechświecie?
Naukowcy są bardzo zainteresowani obserwacjami takimi jak powyższe. Pozwalają one badać supermasywne czarne dziury i kwazary we wczesnym Wszechświecie. Istnienie takich gigantów w młodym kosmosie stanowi ciągle zagadkę.
Naukowcy zastanawiają się, co sprawiło, że już kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu istniały supermasywne czarne dziury miliony razy cięższe od Słońca. Na razie proponowane są różne procesy, które wyjaśniłyby ich formowanie się. Jednak opracowanie ich szczegółowo wymaga jak najwięcej danych obserwacyjnych.
– Dopiero zaczynamy badać wierzchołek góry lodowej, czyli populację młodych podwójnych kwazarów – mówi Xin Liu z Uniwersytetu Illinois w Urbana-Champaign. – Na tym polega wyjątkowość tych badań. Pokazują one, że taka populacja istniała. Co więcej, wiemy już, jak wykrywać kwazary, które dzieli dystans mniejszy niż rozmiar galaktyki – dodaje badacz.
Praca o bliskiej kolizji supermasywnych czarnych dziur ukazała się w czasopiśmie naukowym „Nature”.
Źródła: Science Alert, Nature.
