Czarne dziury nie kojarzą się z pociskami. Te niezwykle masywne obiekty można znaleźć m.in. w centrum większości galaktyk. Znajdujące się tam supermasywne czarne dziury mają masę wynoszącą nawet miliony mas Słońca. Trudno sobie wyobrazić, by takie kolosy mogły zostać nagle wypchnięte ze swojej galaktyki w otaczającą ją czasoprzestrzeń.
A jednak właśnie taki przypadek opisano w pracy przyjętej do publikacji w czasopiśmie naukowym „The Astrophysical Journal Letters”. Na razie artykuł międzynarodowego zespołu naukowców pod kierunkiem Pietera van Dokkuma z Uniwersytetu Yale został opublikowany w serwisie preprintów arXiv.org.
Badacze donoszą w nim o odkryciu kandydatki na supermasywną czarną dziurę, która opuściła swoją galaktykę. W tej chwili przemierza materię międzygalaktyczną. Pozostawia w niej smugę, w której może dochodzić do narodzin nowych gwiazd.
Czarna dziura jak wystrzelona z procy
Wszystko zaczęło się od zdjęcia wykonanego przez Teleskop Hubble’a. Jest ono nieostre i ziarniste. Po lewej stronie znajduje się bardzo jasna nieregularna plama. Wystrzeliwuje z niej smuga, tym wyraźniejsza, im bardziej oddalona od plamy.
Rozświetlona plama to galaktyka. Smuga to ślad gigantycznego obiektu wyrzuconego z galaktyki 39 mln lat temu. Obiekt ten porusza się z prędkością 5,7 mln km/godz. przez materię międzygalaktyczną. Czyli przez obłoki pyłu i gazu wypełniające kosmos, ale nie związane z żadnymi galaktykami. Zdaniem badaczy tym obiektem jest supermasywna czarna dziura, która kiedyś znajdowała się w jądrze galaktyki.
Ruchome czarne dziury
O tym, że czarne dziury, nawet te supermasywne, niekoniecznie muszą być nieruchome, wiedziano już od pewnego czasu. Dwa lata temu w galaktyce J0437+2456 odkryto supermasywną czarną dziurę poruszającą się z inną prędkością niż reszta galaktyki.
Z kolei w centrum galaktyki Abell 2261-BCG w ogóle nie znaleziono żadnej czarnej dziury. Mimo że według teorii powinna się tam znajdować gigantyczna czarna dziura o masie sięgającej nawet miliardów mas Słońca. Tymczasem okazało się, że jądro tej nietypowej galaktyki wypełniają jedynie równomiernie rozproszone gwiazdy.
By wyjaśnić tę anomalię, wysnuto teorię, że w pewnych okolicznościach – gdy dochodzi do łączenia się galaktyk i znajdujących się w nich supermasywnych czarnych dziur – czarne dziury mogą zostać wyrzucone poza galaktykę. Dochodzi do tego, gdy emitowane w wyniku takiego zdarzenia fale grawitacyjne rozchodzą się asymetrycznie. Może to doprowadzić do powstania „odrzutu grawitacyjnego” (ang. gravitational recoil). W jego rezultacie supermasywna czarna dziura może zostać wyrzucona w przestrzeń międzygalaktyczną.
Drugie możliwe wyjaśnienie zakłada oddziaływanie na siebie aż trzech czarnych dziur. W takim ujęciu najpierw łączą się dwie galaktyki, a w ich centrum tworzy się układ podwójny: dwie oddziałujące ze sobą supermasywne czarne dziury. Gdy zbliży się do nich trzecia galaktyka z trzecią supermasywną czarną dziurą, układ stanie się niestabilny. Jeden z kolosów może wówczas zostać z ogromną prędkością wyrzucony w czasoprzestrzeń.
Czarne dziury poza galaktykami
Nigdy dotychczas nie odkryto jednak takiego przypadku. To prawdopodobnie efekt tego, że wiele czarnych dziur pozostaje dla nas całkowicie niewidocznych. Jeśli są uśpione i nie pochłaniają materii, nie emitują niczego, co moglibyśmy wykryć – ani promieniowania elektromagnetycznego, ani fal grawitacyjnych.
Jeśli jednak są odpowiednio masywne, wówczas można by je wykrywać pośrednio. To właśnie przypadek opisany przez van Dokkuma i jego zespół. Zdaniem badaczy ślad po takiej potężnej czarnej dziurze może odcisnąć się w materii międzygalaktycznej.
Po przeanalizowaniu pierwszych zdjęć z Teleskopu Hubble’a naukowcy skorzystali z Obserwatorium Kecka, by sfotografować ten sam fragment nieba. Uzyskane obrazy pozwoliły im policzyć, że smuga pozostawiona przez czarną dziurę wyrzuconą z galaktyki ma 200 tys. lat świetlnych długości. Jest w podobnym kolorze, co galaktyka (dokładniej – ma podobne przesunięcie ku czerwieni). To oznacza, że obiekty te są ze sobą powiązane.
Bliższe przyjrzenie się smudze wykazało, że różne jej obszary mają inną jasność. Zdaniem naukowców oznacza to, że w niektórych jej miejscach powstają nowe gwiazdy. To efekt fali uderzeniowej wywołanej przejściem supermasywnej czarnej dziury. Jej „przelot” doprowadził do ściśnięcia gazu. W rezultacie kompresji w niektórych obszarach materia zaczęła zapadać się pod wpływem grawitacji. A to mogło uruchomić proces gwiazdotwórczy.
Źródła: arXiv.org, ScienceAlert.
