Dve supermasivne crne rupe u Mrk 501: Par koji juri ka sudaru za ~100 godina

Astrofizičari su dugo pokušavali da objasne kako supermasivne crne rupe dostižu svoje ogromne mase. Najverovatnije objašnjenje je spajanje manjih crnih rupa tokom sudara galaksija — a tim sa Max Planck instituta za radioastronomiju (MPIfR) sada je možda prvi put zabeležio par takvih objekata u aktuelnom susretu.

Posmatranje i otkriće

Istraživači su pratili eliptičnu galaksiju Markarian 501 (Mrk 501) u sazvežđu Herkula kroz 23 godine i desetine posmatranja radiofrekvencija. Mrk 501 ima snažan mlaz čestica koji je usmeren prema Zemlji, što ga čini naročito pogodnim za detaljna proučavanja. Tokom dugog niza podataka postalo je jasno da iz jezgra galaksije ne polazi jedan, već dva odvojena mlaza.

Šta su videli

Astronomi su pratili kako se drugi mlaz pojavljuje iza prvog i potom postepeno kruži oko njega, pomerajući se suprotno odazi. U junu 2022. zračenje drugog mlaza izgledalo je toliko iskrivljeno da je formiralo skoro kružnu strukturu — tzv. Ajnštajnov prsten. Najverovatnije tumačenje je privremeno savršeno poravnanje sistema prema Zemlji, pri čemu je gravitaciono sočivo jedne crne rupe iskrivilo svetlost drugog mlaza.

The graphical depiction shows the central region of the galaxy Mrk 501 at a frequency of 43 gigahertz on three different days. The contours indicate the intensity of the emission, while the grey circles mark bright regions within the jet, identified through model calculations. One can track the movement of the jets by following the movement of these regions. The previously known jet (Jet 1, orange guide line) pointing towards Earth is clearly visible. The newly discovered second jet (Jet 2, blue) changed its appearance within a few weeks. Both particle streams originate close to each other in the core of the galaxy. The position of the black hole (BH) associated with Jet 1 is marked with an arrow. Credit:Silke Britzen

Tražili smo ga toliko dugo, i onda je došlo kao potpuno iznenađenje što nismo samo videli drugi mlaz, već što smo mogli i da pratimo njegovo kretanje, navodi koautor studije Silke Britzen.

Parametri sistema

Nakon analize ponavljajućih ciklusa osvetljenja, tim procenjuje da se crne rupe okreću oko zajedničkog centra jednom u približno 121 dan. Procenjeno rastojanje između njih iznosi oko 250–540 astronomskih jedinica (AU), što je za kosmičke razmere izuzetno blizu s obzirom na to da su pojedinačne mase parova procenjene na između ~100 miliona i ~1 milijarde masa Sunca. Na osnovu ovih brojeva, istraživači procenjuju da bi konačno spajanje moglo nastupiti za red veličine od oko jednog veka.

Posledice i ograničenja posmatranja

Par se nalazi na udaljenosti od preko 440 miliona svetlosnih godina, zbog čega direktno posmatranje konačnog spoja nije izvodljivo čak ni najmoćnijim teleskopima. Kako se objekti budu približavali, njihovi pojedinačni signali će postajati sve teži za razlučivanje. Ipak, prisustvo dva odvojena mlaza i efekat gravitacionog sočiva predstavljaju najjači do sada zabeleženi dokaz da supermasivne crne rupe mogu rasti spajanjem.

Ako je interpretacija tačna, par bi vremenom trebalo da emituje izuzetno niskofrekventne gravitacione talase koje bi mogli detektovati pankrona pulsarnih vremena (pulsar timing arrays) i druge buduće mjerne mreže, što bi pružilo dodatne potvrde o ovom zapanjujućem susretu.

Zaključak

Otkriveni sistem u Mrk 501 daje jedinstveni uvid u proces spajanja supermasivnih crnih rupa i može pomoći u razumevanju rasta ovih objekata u jezgrima galaksija. Dalja praćenja i komparativne studije drugih izvora biće ključne za potvrdu i preciznije kvantifikovanje ovog fenomena.