Podaci sa teleskopa Gemini North pružaju moguće objašnjenje za zaustavljeno spajanje supermasivne binarne crne jame. Koristeći arhivske podatke iz teleskopa Gemini North, tim astronoma izmjerio je najteži par supermasivnih crnih jama ikad pronađen. Spajanje dvije supermasivne crne jame fenomen je koji se dugo predviđao, iako nikada nije opažen. Ovaj masivni par daje naznake zašto se takav događaj čini tako malo vjerojatnim u svemiru.

Gotovo svaka masivna galaksija u svom središtu ima supermasivnu crnu jamu. Kada se dvije galaksije spoje, njihove crne jame mogu formirati binarni par, što znači da su u vezanoj orbiti jedna sa drugom. Pretpostavlja se da je tim binarnim datotekama suđeno da se na kraju spoje, ali to nikada nije primijećeno. Pitanje, je li takav događaj moguć, već je desetljećima tema rasprava među astronomima. U nedavno objavljenom radu u časopisu The Astrophysical Journal, tim astronoma predstavio je novi uvid u ovo pitanje. Tim je koristio podatke s teleskopa Gemini North na Havajima, jedne polovice Međunarodnog opservatorija Gemini kojim upravlja NSF-ov NOIRLab, koji financira Nacionalna zaklada za nauku SAD-a, za analizu binarne supermasivne crne jame smještene unutar eliptične galaksije B2 0402 +379. Ovo je jedina supermasivna binarna crna jama koja je ikada razlučena sa dovoljno detalja da se oba objekta vide odvojeno, i drži rekord za najmanji razmak ikada direktno izmjeren — samo 24 svjetlosne godine.

Dok ovo blisko razdvajanje predviđa snažno spajanje, daljnja studija je otkrila da je par bio u zastoju na ovoj udaljenosti više od tri milijarde godina, postavljajući pitanje; zašto je zastoj?  Kako bi bolje razumjeli dinamiku ovog sistema i njegovo zaustavljeno spajanje, tim je pogledao arhivske podatke sa Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS), što im je omogućilo određivanje brzine zvijezda u blizini crnih jama. “Izvrsna osjetljivost GMOS-a omogućila nam je mapiranje rastućih brzina zvijezda kako se gleda bliže središtu galaksije”, rekao je Roger Romani, profesor fizike na Sveučilištu Stanford i koautor rada. “S tim smo mogli procijeniti ukupnu masu crnih jama koje se tamo nalaze.” Tim procjenjuje da je masa binarne jame nevjerojatnih 28 milijardi puta veća od Sunčeve, što ovaj par kvalificira kao najtežu binarnu crnu jamu ikada izmjerenu.

Ne samo da ovo mjerenje daje vrijedan kontekst formiranju binarnog sistema i historije njegove galaksije domaćina, već podupire dugogodišnju teoriju da masa supermasivne binarne jame rupe igra ključnu ulogu u zaustavljanju potencijalnog spajanja. “Arhiva podataka koja služi Međunarodnoj zvjezdarnici Gemini sadrži zlatni rudnik neiskorištenih naučnih otkrića,” kaže Martin Still, programski direktor NSF-a za Međunarodnu zvjezdarnicu Gemini. “Mjerenja mase za ovu ekstremno supermasivnu binarnu crnu jamu zadivljujući su primjer potencijalnog uticaja novog istraživanja koje proučava tu bogatu arhivu.” Razumijevanje kako je ovaj binarni oblik nastao može pomoći u predviđanju hoće li se i kada spojiti – a pregršt tragova ukazuje na to da se par formira spajanjem više galaksija. Prvi je da je B2 0402+379 ‘fosilni skup’, što znači da je rezultat cijelog skupa galaksija  punih zvijezda i plinova koji se stapaju u jednu masivnu galaksiju.

Dodatno, prisutnost dviju supermasivnih crnih jama, zajedno s njihovom velikom kombiniranom masom, sugeriše da su nastale amalgamacijom više manjih crnih jama iz više galaksija. Nakon galaktičkog spajanja, supermasivne crne jame ne sudaraju se frontalno. Umjesto toga, počnu juriti jedne pored drugih dok se postavljaju u vezanu orbitu. Svakim prolazom koji naprave, energija se prenosi iz crnih jama na okolne zvijezde. Kako gube energiju, par se vuče sve bliže i bliže sve dok nisu udaljeni samo svjetlosnih godina, gdje gravitacijsko zračenje preuzima primat i one se spajaju. Ovaj proces je direktno posmatran u parovima crnih jama zvjezdane mase — prvi zabilježeni slučaj bio je 2015. detekcijom gravitacijskih valova — ali nikada u binarnoj supermasivnoj varijanti. S novim saznanjima o iznimno velikoj masi sistema, tim je zaključio da bi iznimno velik broj zvijezda bio potreban da uspori orbitu binarne jedinice dovoljno da ih dovede ovako blizu.

U tom procesu, čini se da su crne jame izbacile gotovo svu materiju u svojoj blizini, ostavljajući jezgru galaksije bez zvijezda i plina. Budući da nema više dostupnog materijala za daljnje usporavanje orbite para, njihovo je spajanje zastalo u posljednjoj fazi. “Obično se čini da galaksije sa lakšim parovima crnih jama imaju dovoljno zvijezda i mase da ih brzo spoje”, rekao je Romani. “Budući da je ovaj par toliko težak, bilo je potrebno mnogo zvijezda i plina da se obavi posao. Ali binarni sistem je očistio središnju galaksiju od takve materije, ostavljajući je zaustavljenu i dostupnu za naše proučavanje.” Hoće li par prevladati svoju stagnaciju i na kraju se spojiti na vremenskim skalama od miliona godina, ili će zauvijek ostati u orbitalnom rubu, tek treba utvrditi. Ako se ipak spoje, rezultirajući gravitacijski valovi bili bi stotinu miliona puta jači od onih nastalih spajanjem crnih jama sa zvjezdanom masom. Moguće je da bi par mogao osvojiti tu konačnu udaljenost putem drugog spajanja galaksija, koje bi ubrizgalo sistem sa dodatnim materijalom, ili potencijalno trećom crnom jamom, da uspori orbitu para dovoljno da se spoje. Međutim,  obzirom na status B2 0402+379 kao fosilnog skupa, drugo galaktičko spajanje nije vjerojatno. “Radujemo se daljnjim istraživanjima jezgre B2 0402+379 gdje ćemo pogledati koliko je plina prisutno”, kaže Tirth Surti, student Stanforda i glavni autor rada. “Ovo bi nam trebalo dati bolji uvid u to mogu li se supermasivne crne jame na kraju spojiti ili će ostati nasukane kao binarne.”

Pripremio: Muhamed Muminović

Izvor: International Gemini Observatory