Περίπου 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη, δύο υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες είναι κλειδωμένες σε μια τροχιά τόσο σφιχτή που θα συγκρουστούν μεταξύ τους και θα σχηματίσουν μια πολύ μεγαλύτερη μαύρη τρύπα, σε σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα μόλις 10.000 ετών.
Αυτό ισοδυναμεί με μια τροχιακή απόσταση μόλις 0,03 έτη φωτός, περίπου 50 φορές τη μέση απόσταση μεταξύ του Ήλιου και του Πλούτωνα. Ωστόσο, κινούνται τόσο γρήγορα που χρειάζονται μόλις δύο γήινα χρόνια για να ολοκληρώσουν μια δυαδική τροχιά, σε σύγκριση με τα 248 χρόνια του Πλούτωνα.
Υπάρχουν πολλοί λόγοι για τους οποίους οι υπερμεγέθεις δυαδικές μαύρες τρύπες ενδιαφέρουν τους αστρονόμους.
Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες βρίσκονται στα κέντρα των περισσότερων γαλαξιών, οι πυρήνες γύρω από τους οποίους στροβιλίζονται όλα τα άλλα. Όταν βρίσκονται δύο μαζί, σημαίνει ότι δύο γαλαξίες έχουν ενωθεί.
Γνωρίζουμε ότι αυτή η διαδικασία συμβαίνει, επομένως η εύρεση μιας υπερμεγέθους δυαδικής μαύρης τρύπας μπορεί να μας πει πώς μοιάζει στα τελικά στάδια.
Τα υπερμεγέθη δυαδικά αρχεία μαύρης τρύπας μπορούν επίσης να μας πουν κάτι για το πώς αυτά τα κολοσσιαία αντικείμενα – εκατομμύρια έως δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου – μπορούν να αποκτήσουν τόσο απίστευτη μάζα.
Η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα συσσωρεύει ύλη με έξαλλο ρυθμό
Οι συγχωνεύσεις δυαδικών μαύρων οπών είναι ένας τρόπος για να συμβεί αυτή η ανάπτυξη. Η εύρεση δυαδικών υπερμεγέθων μαύρων τρυπών θα μας βοηθήσει να καταλάβουμε εάν υπάρχει κοινή οδός για αυτήν την ανάπτυξη, γεγονός που θα μπορούσε να οδηγήσει σε πιο ακριβή μοντελοποίηση.
Το εν λόγω αντικείμενο είναι ένα κβάζαρ, με το όνομα PKS 2131-021. Αυτοί είναι γαλαξίες των οποίων οπυρήνας είναι ενεργός. Δηλαδή, η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα συσσωρεύει ύλη με έξαλλο ρυθμό, πυροδοτώντας τη θερμότητα που παράγεται από την τριβή και τη βαρύτητα στο υλικό που κυλά γύρω από τον πυρήνα.
Μερικά κβάζαρ εκτοξεύουν πίδακες πλάσματος σχεδόν με ταχύτητα φωτός από τις πολικές περιοχές της μαύρης τρύπας, που διοχετεύονται κατά μήκος και επιταχύνονται από γραμμές μαγνητικού πεδίου γύρω από το εξωτερικό του αντικειμένου.
Το PKS 2131 είναι ένα κβάζαρ που εκτοξεύει έναν πίδακα
ακριβώς προς την κατεύθυνση της Γης, καθιστώντας το αυτό που ονομάζουμε blazar.
Μια ομάδα αστρονόμων που μελετούσε διακυμάνσεις φωτεινότητας σε κβάζαρ παρατήρησε κάτι περίεργο σχετικά με τη δέσμη blazar PKS 2131 στις ραδιοσυχνότητες, βρίσκοντας την ίδια υπογραφή σε δεδομένα που συλλέχθηκαν το 2008. Φαινόταν να ταλαντώνεται σε κανονικά χρονικά διαστήματα, η φωτεινότητά της κυμαινόταν με ένα σχεδόν τέλειο ημιτονοειδές κύμα μοτίβο που δεν έχει ξαναδεί σε κβάζαρ.
«Κάτι πολύ ιδιαίτερο συμβαινει»
«Το PKS 2131 άλλαζε όχι μόνο περιοδικά, αλλά και ημιτονοειδή», είπε ο αστρονόμος Τόνι Ρέντχεντ του Caltech. «Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει ένα μοτίβο που μπορούμε να παρακολουθούμε συνεχώς με την πάροδο του χρόνου».
Το μονοπάτι φαινόταν να τελειώνει όταν βρέθηκαν μόνο δύο ακόμη κορυφές σε αρχειακά δεδομένα, μια το 2005 και μια άλλη το 1981. Στη συνέχεια, όμως, το 2021, το έργο κέντρισε το ενδιαφέρον της αστρονόμου Sandra O’Neill του Caltech. Αυτή και μια ομάδα ερευνητών επισκέφτηκαν ξανά τα αρχεία δεδομένων για να δουν πόσο πίσω στο χρόνο μπορούσαν να εντοπίσουν αυτό το παράξενο μοτίβο.
Σε δεδομένα από το Παρατηρητήριο Haystack που έγιναν μεταξύ 1975 και 1983, προέκυψαν περισσότερα από τα μοτίβα, σύμφωνα με το χρονοδιάγραμμα των υπόλοιπων παρατηρήσεων.
«Όταν συνειδητοποιήσαμε ότι οι κορυφές και τα κατώτατα όρια της καμπύλης φωτός που ανιχνεύθηκαν από πρόσφατους χρόνους ταίριαζαν με τις κορυφές και τα κατώτατα σημεία που παρατηρήθηκαν μεταξύ 1975 και 1983, ξέραμε ότι κάτι πολύ ιδιαίτερο συνέβαινε», είπε ο O’Neill.
Αποκωδικοποιώντας κολοσσιαίες συγκρούσεις
Σύμφωνα με την ανάλυση της ομάδας, το κανονικό «τικ» του σήματος δημιουργείται από την τροχιακή κίνηση των δύο μαύρων οπών. Καθώς περιφέρονται η μίαγύρω από την άλλη σε χρονικές κλίμακες δύο ετών, το φως του ραδιοφώνου εξασθενεί και φωτίζεται, λόγω της τροχιακής κίνησης του πίδακα, η οποία προκαλεί μια μετατόπιση Doppler που ενισχύει το φως όταν η μαύρη τρύπα κινείται προς το μέρος μας.
Τα αρχειακά δεδομένα δείχνουν ότι αυτό το ημιτονοειδές κύμα μπορεί να παρατηρηθεί σταθερά για οκτώ χρόνια από το 1976, μετά εξαφανίστηκε για 20 χρόνια. Αυτό πιθανότατα οφειλόταν σε αλλαγή ή διακοπή της παροχής υλικού που τροφοδοτεί την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα.
Μετά από 20 χρόνια, το μοτίβο επανεμφανίστηκε και συνεχίστηκε από τότε, περίπου 17 χρόνια τώρα, είπαν οι ερευνητές.
Ένα άλλο παρόμοιο σύστημα, η ΕΕ 287, υποδηλώνει ότι η ερμηνεία είναι έγκυρη. Αυτό το blazar έχει δύο κοντινές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που περιφέρονται η μία γύρω από την άλλη κάθε 12 χρόνια, με απόσταση το ένα τρίτο του έτους φωτός. Δείχνει επίσης διακυμάνσεις στη φωτεινότητα του ραδιοφώνου, αν και πιο ακανόνιστα και χωρίς την ημιτονοειδή κυματομορφή.
Αν και δεν θα είμαστε κοντά για να δούμε την ενδεχόμενη συγχώνευση των υπερμεγέθων μαύρων οπών στο PKS 2131, θα μπορούσαν να μας δείξουν πώς να αναζητήσουμε παρόμοια συστήματα. Με τη σειρά τους, αυτά θα μπορούσαν να μας φέρουν πιο κοντά στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο λαμβάνουν χώρα αυτές οι κολοσσιαίες συγκρούσεις.
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο The Astrophysical Journal Letters .
με Αριθμό Μητρώου 12691
