Kosmiczny taniec gigantów. Odkryto parę czarnych dziur o masie 60 mld Słońc

W ciemnym, pozbawionym światła gwiazd i rozciągającym się na 3200 lat świetlnych obszarze, w centrum galaktyki o nazwie Abell 402-BCG, znajduje się para masywnych czarnych dziur. Być może najmasywniejsza, jaką kiedykolwiek zaobserwowano.

Jak wielkie mogą być super i ultramasywne czarne dziury znajdujące się w centrach galaktyk i kwazarów? Masa tych olbrzymów liczona jest w miliardach mas Słońca. Przypomnijmy, że Słońce waży około 2 miliardy miliardów miliardów ton, a jego masa stanowi 99,86% całkowitej masy Układu Słonecznego. Innymi słowy wszystkie planety, księżyce, planetoidy, komety i pył razem stanowią zaledwie około 0,14% masy całego układu. Skoro mamy już porównanie skali, przejdźmy do supermasywnych czarnych dziur.

60 miliardów mas Słońca

Jednym ze znanych rekordzistów jest TON 618 o szacowanej masie 40–60 miliardów mas Słońca. Obiekty tej gargantuicznej wielkości mają horyzont zdarzeń większy niż rozmiary całego Układu Słonecznego. Astronomowie przypuszczają, że powstają przez miliardy lat dzięki pochłanianiu gazu, gwiazd oraz łączeniu się mniejszych czarnych dziur.

Niedawno zespół astronomów prowadzony przez profesora Michaela McDonalda z Massachusetts Institute of Technology opublikował analizę obserwacji z Teleskopu Jamesa Webba, które ujawniły niezwykłą wnękę o szerokości około kiloparseka (kiloparsek to około 3260 lat świetlnych lub ok. 30,9 biliarda kilometrów) w rozkładzie gwiazd centralnej galaktyki w gromadzie A402.

Dane pomocnicze z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a pozwaliły wykluczyć pył jako przyczynę tego efektu. Zamiast tego badacze sugerują, że jest to lokalne obniżenie gęstości gwiazd odpowiadające brakowi około 2×10^9 mas Słońca w gwiazdach w objętości 0,5 kiloparseka sześciennego. Innymi słowy sądzą, że pustka jest domem dla pary tańczących ultramasywnych czarnych dziur spiralnie zbliżających się do siebie. Razem te giganty mają szacunkową masę równą 60 miliardom mas Słońca — co najmniej dwa razy większą niż kolejny najbardziej masywny znany duet czarnych dziur.

Kosmiczny taniec olbrzymów

Skąd biorą się tak masywne tandemy? Są wynikiem zderzenia się galaktyk. W takiej sytuacji cała ich zawartość — w tym czarne dziury — zostaje „ściśnięta” razem. Z powodu wzajemnego przyciągania grawitacyjnego centralne czarne dziury tych galaktyk obracają się coraz bliżej siebie, aż ostatecznie łączą się w jedną większą czarną dziurę. Ten chaotyczny taniec czarnych dziur wyrzuca pobliskie gwiazdy z kosmicznego parkietu.

Zdaniem autorów badania, Abell 402-BCG znajduje się w trakcie tego procesu po wcześniejszym zderzeniu z inną galaktyką. Astronom Michael McDonald szacuje, że para czarnych dziur tańczy razem zaledwie od kilkudziesięciu milionów lat — co w astronomicznej skali oznacza bardzo „świeży” związek. Romans ten zakończy się ostatecznym zlaniem się w jedno, a jego owocem będzie jedna z największych znanych czarnych dziur we wszechświecie. Indywidualne czarne dziury o masie przekraczającej 60 miliardów mas Słońca odkryto wcześniej zaledwie kilka razy.

Limit wielkości czarnej dziury

Dodajmy, że istnieje przynajmniej teoretyczna granica masywności czarnej dziury. Modele teoretyczne sugerują, że dla „typowych” supermasywnych czarnych dziur wynosi ona około 50 miliardów mas Słońca. Jednak to absolutne maksimum może sięgać około 270 miliardów mas Słońca! Granica ta wynika z tego, że przy bardzo dużych masach dysk akrecyjny staje się niestabilny: zamiast zasilać czarną dziurę, materia zaczyna tworzyć gwiazdy albo jest wyrzucana przez promieniowanie i dżety.

W przypadku naszego tandemu zarówno ogromne masy obu czarnych dziur, jak i etap ich łączenia sprawiają, że obserwacja jest wyjątkowo rzadka. Naukowcy wykorzystają te wyniki, aby lepiej zrozumieć, jak często dochodzi do łączenia supermasywnych czarnych dziur i jak wpływa to na otaczające je galaktyki.

Źródło: Iopscience

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.