Astronomi našli nov način za lov na skrite pare supermasivnih črnih lukenj

Supermasivne dvojne črne luknje naj bi bile pogosta posledica združevanja galaksij, vendar astronomom do zdaj ni uspelo neposredno zaznati sistemov, v katerih bi dve takšni črni luknji tesno krožili druga okoli druge. Znanstveniki zdaj predlagajo novo pot do njihovega odkrivanja: s spremljanjem ponavljajočih se svetlobnih bliskov zvezd, ki jih gravitacija binarnega sistema začasno močno ojača.

Raziskava, ki jo je vodila ekipa z Inštituta Max Planck za gravitacijsko fiziko, kaže, da bi takšni sistemi lahko pustili zelo značilen elektromagnetni podpis. Ko se dve galaksiji združita, se njuni osrednji supermasivni črni luknji sčasoma ujameta v skupno orbito. Takšni binarni sistemi imajo ključno vlogo pri razvoju galaksij in sodijo med najmočnejše vire gravitacijskih valov v vesolju, vendar jih je v tesni fazi do zdaj ostalo skritih.

Razlog je v tem, da jih je izjemno težko opazovati neposredno. Medtem ko bodo prihodnji observatoriji za gravitacijske valove lahko zaznali njihov končni zlitveni stadij, znanstveniki zdaj kažejo, da bi jih bilo mogoče razkriti že prej – z opazovanjem svetlobe.

„Supermasivne črne luknje delujejo kot naravni kozmični teleskopi,“ pojasnjuje Miguel Zumalacárregui z Inštituta Max Planck. „Njihova ogromna masa povzroči močno ukrivljanje svetlobe zvezd v ozadju. Če se geometrija poravna, lahko opazimo nenadne in zelo svetle bliske.“

Pri posamezni črni luknji je takšno močno gravitacijsko lečenje zelo redko, saj mora zvezda ležati skoraj natančno na vidni osi. Povsem drugače pa se obnaša par črnih lukenj. Skupaj tvorita zapleteno gravitacijsko strukturo, imenovano kavstična krivulja, ki bistveno poveča verjetnost, da bo svetloba zvezde v ozadju močno ojačana.

Edinstven podpis

Bence Kocsis z Univerze v Oxfordu poudarja, da je prav gibanje tisto, kar naredi podpis binarnega sistema edinstven: „Ko dve črni luknji krožita druga okoli druge, se kavstična struktura neprestano spreminja in premika čez ozadje zvezd. Če se svetla zvezda znajde na tej poti, lahko ob vsakem prehodu nastane izrazit blisk.“

Po besedah Hanxija Wanga, ki je vodil analitični del raziskave, se ti bliski ne pojavijo le enkrat, temveč se lahko ponavljajo v rednih časovnih presledkih. „Gre za zaporedje izbruhov, ki delujejo kot jasen podpis binarne supermasivne črne luknje,“ pojasnjuje.

Raziskovalci ugotavljajo, da časovni razmik in svetlost teh bliskov nosita dragocene informacije o sistemu. Iz njih je mogoče sklepati o masah črnih lukenj, velikosti orbite in celo o tem, kako hitro se sistem zaradi oddajanja gravitacijskih valov krči. Čeprav se posamezni bliski lahko ponavljajo v razmikih nekaj let, se dolgoročno njihov ritem zelo počasi spreminja, kar odraža evolucijo orbite.

Različni sistemi bi zato kazali različne vzorce – odvisno od mase črnih lukenj in faze, v kateri se nahaja njihova združitev. Prav to odpira možnost, da astronomi hkrati opazujejo več takšnih sistemov v različnih galaksijah in razvojnih obdobjih.

Z bližajočimi se velikimi opazovalnimi projekti, kot sta observatorij Vera C. Rubin in rimski vesoljski teleskop Nancy Grace, znanstveniki ocenjujejo, da bi lahko v prihodnjih letih zaznali prve takšne ponavljajoče se svetlobne dogodke.

„Možnost, da binarne supermasivne črne luknje prepoznamo že dolgo pred njihovo končno združitvijo, je izjemno pomembna,“ poudarja Kocsis. „To nam omogoča povsem nov pogled na fiziko črnih lukenj in gravitacije ter odpira vrata resničnim večkanalnim opazovanjem vesolja.“