Czarne dziury wędrowniczki i gwiazdy towarzyszki przemierzają wszechświat zupełnie niezauważone
Nowo powstała supermasywna czarna dziura może zostać wyrzucona z galaktyki wraz z najbliższymi jej gwiazdami siłą odrzutu po emisji fal grawitacyjnych i przemierzać niezauważenie przestrzeń międzygalaktyczną.
W całym wszechświecie obserwujemy liczne przypadki łączenia się galaktyk. Nadal jednak niewiele wiemy, co się dzieje z supermasywnymi czarnymi dziurami w centrach łączących się galaktyk.
Procesy łączenia się galaktyk trwają nawet miliard lat. W tym czasie gwiazdy i gaz łączących się galaktyk stopniowo formują jedną, nową, większą galaktykę. Naukowcy już całkiem dobrze rozumieją wydarzenia zachodzące w trakcie takiego łączenia.
Czarne dziury łączą się w supermasywną czarną dziurę
Z kolei w przypadku czarnych dziur, astronomowie uważają, że dwa takie obiekty mogą po prostu połączyć się ze sobą w jedną większą supermasywną czarną dziurę, wysyłając przy tym niezwykle silne fale grawitacyjne w przestrzeń kosmiczną. Jest jednak jeszcze jedna opcja.
Jeżeli między dwiema supermasywnymi czarnymi dziurami jest znacząca asymetria, nowo powstała czarna dziura może zostać wyrzucona z galaktyki wraz z najbliższymi jej gwiazdami siłą odrzutu po emisji fal grawitacyjnych.
Hiperkompaktowe układy gwiazd z czarną dziurą
Tego typu obiekty, hiperkompaktowe układy gwiazd (HCSS, ang. hypercompact stellar systems), których istnienie naukowcy zaczęli podejrzewać ponad 10 lat temu, to nic innego jak supermasywne czarne dziury otoczone zwartą grupą gwiazd, przemierzające przestrzeń międzygalaktyczną.
Istnienie HCSS byłoby doskonałym dowodem na odrzut spowodowany emisją fal grawitacyjnych.
Jest tylko jeden problem: żadnego takiego obiektu jeszcze nie odkryto
Jednak procesy zachodzące w mniejszej skali powinny także zachodzić w większej. Dzięki interferometrom takim jak LIGO naukowcom udało się już zarejestrować kilka procesów łączenia dwóch czarnych dziur o masie gwiazdowej.
Gdy Droga Mleczna była dużo młodsza, a tym samym jej centralna czarna dziura także była mniej masywna, zderzenie z galaktyką karłowatą także zawierającą mniejszą centralną czarną dziurę, mogło także prowadzić do połączenia się ich centralnych czarnych dziur.
W takim procesie mogła powstać czarna dziura o masie pośredniej między czarną dziurą o masie gwiazdowej a supermasywną czarną dziurą. Jej masa mieściłaby się w zakresie 100-10000 mas Słońca, a wokół niej krążyłaby zwarta grupa gwiazd – czyli jakby nie patrzeć powstałby mały HCSS.
Symulacje przewidują, że w halo, w sferycznym otoczeniu galaktyk takich jak Droga Mleczna, może znajdować się nawet kilkaset swobodnych czarnych dziur.
Nikt nawet takich obiektów nie szukał
Astronomowie z holenderskiego Instytutu Badań Kosmicznych SRON oraz Uniwersytetu Radboud doszli do wniosku, że być może takie czarne dziury de facto już zarejestrowano w ramach przeglądów nieba takich jak Gaia czy Sloan Digital Sky Survey, tylko nikt konkretnie takich obiektów nie szukał w danych obserwacyjnych.
Okazało się, że nikt nawet nie próbował przewidzieć jak takie hiperkompaktowe układy gwiazd mogłyby wyglądać. A skoro tak, to nawet jeżeli obiekty te znajdują się w danych, to nikt by ich nie zidentyfikował. Aby zaradzić tej sytuacji, w najnowszym artykule naukowym badacze stworzyli symulacje takich gromad, przewidując szczegółowo ich barwę, wygląd i widmo. Jakby tego było mało, wyniki te przestawiono tak, jak powinny być widoczne w danych z dziewięciu różnych, trwających właśnie przeglądów nieba oraz jak powinny wyglądać na dwuwymiarowych zdjęciach z teleskopu.
Jak dotąd nie udało się znaleźć ani jednej takiej gromady; to będzie dopiero następny element badań. Jednak dzięki tej publikacji, teraz za poszukiwania mogą wziąć się astronomowie na całym świecie.
A gdybyśmy odkryli jednak takie HCSS?
Jeżeli uda się takie obiekty znaleźć, to będzie to ważne odkrycie i to nie tylko dlatego, że potwierdzi się teoria mówiąca o odrzucie w momencie emisji fal grawitacyjnych, ale ogólnie dowody na istnienie czarnych dziur o masie pośredniej są delikatnie mówiąc słabe. Przez długi czas żadnej nie udawało się znaleźć, a teraz kiedy już mamy pierwsze sensowne dowody, to wciąż nie jest to jeszcze ten poziom pewności, który satysfakcjonowałby astronomów.
Jeżeli uda nam się odkryć HCSS, to potwierdzimy istnienie czarnych dziur o masie pośredniej. Będziemy mogli wtedy potwierdzić ich obecność mierząc masę czarnej dziury wykonując widmowe obserwacje całej HCSS
– mówi Davide Lena, astronom z Instytutu Badań Kosmicznych SRON w Holandii.
Jakby tego było mało, nie wiemy czy supermasywne czarne dziury o masie rzędu milionów czy nawet miliardów mas Słońca mogą w ogóle się ze sobą łączyć. Obliczenia wskazują, że gdy dwie supermasywne czarne dziury znajdą się w odległości parseka (3,2 lat świetlnych) od siebie, energia orbitalna nie pozwoli im się bardziej do siebie zbliżyć i będą tak tańczyły wokół siebie przez miliardy lat.
Wiemy jednak, że czarne dziury o masie gwiazdowej (5-100 mas Słońca) łączą się ze sobą. Jeżeli w halo galaktycznym naukowcy znajdą HCSS, to potwierdzą, że czarne dziury o masie pośredniej także się ze sobą łączą, a to będzie wskazywało, że być może bardziej masywne czarne dziury też mogą się ze sobą łączyć.
Wszystkie powyższe informacje wskazują na jedno: jeżeli naukowcom uda się odkryć te zwarte grupki gwiazd (z czarną dziurą w środku), to rozwiążą oni kilka kosmicznych zagadek za jednym zamachem.
Artykuł "Czarne dziury wędrowniczki przemierzają wszechświat zupełnie niezauważone" został pierwotnie opublikowany 22 czerwca 2020 roku.
