Supermasivni črni luknji v galaksiji Markarian 501 sta veliko bližje, kot bi si astronomi še pred kratkim upali trditi. In ne le to – vrtita se druga okoli druge tako tesno, da bi se lahko združili že v približno 100 letih.
Gre za enega najbolj neposrednih dokazov doslej, da se takšni sistemi res približujejo končni fazi združitve.
Raziskavo, objavljeno v reviji Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, je vodila Silke Britzen z Inštituta Max Planck za radioastronomijo (MPIfR) v Bonnu. Preboj ni prišel postopoma, ampak precej nenadno: „Iskali smo jo tako dolgo, nato pa nas je popolnoma presenetilo, da nismo mogli le videti drugega curka, ampak smo celo sledili njegovemu gibanju.“
Dva curka, ki razkrijeta sistem
V središču galaksije Markarian 501, v ozvezdju Herkul, so astronomi že dolgo opazovali močan curek delcev, usmerjen proti Zemlji. Takšni curki, ki potujejo skoraj s svetlobno hitrostjo, so sicer znani pojav. Ampak tukaj ni šlo za enega.
Dolgotrajna opazovanja – več deset dni zbranih v obdobju približno 23 let in na različnih radijskih frekvencah – so razkrila še drugi curek. Ta je drugače usmerjen in precej bolj izmuzljiv.
In tu se zgodba obrne.
Drugi curek se ne pojavlja naključno. Začne se v bližini večje črne luknje in se okoli nje giblje v nasprotni smeri urinega kazalca. Nato se vzorec ponovi.
„Vrednotenje podatkov je bilo kot na ladji. Celoten sistem curkov je v gibanju. Sistem dveh črnih lukenj lahko to pojasni: orbitalna ravnina se ziblje,“ pojasnjuje Britzen.
To „zibanje“ je ključ – znak, da ne gledamo enega objekta, ampak dva.
Einsteinov obroč kot redka potrditev
Junija 2022 so raziskovalci zaznali še nekaj, kar dodatno potrjuje to razlago. Sevanje iz sistema je doseglo Zemljo po ukrivljeni poti in ustvarilo t. i. Einsteinov obroč.
To se zgodi, ko masiven objekt – v tem primeru črna luknja – ukrivi svetlobo za sabo.
Najverjetnejša razlaga: sistem se je za kratek čas skoraj popolnoma poravnal z Zemljo. Gravitacijsko lečenje sprednje črne luknje je nato oblikovalo svetlobo iz drugega curka v obročasto strukturo.
Takšni trenutki so redki. In še redkejši v sistemih, kjer sodelujeta dve supermasivni črni luknji.
Orbita, ki vodi proti trku
Ko so raziskovalci analizirali gibanje in spremembe svetlosti curkov skozi čas, se je pokazal še en ključni podatek: črni luknji krožita druga okoli druge s periodo približno 121 dni.
Za takšne objekte je to izjemno hitro.
Razdalja med njima znaša približno 250- do 540-kratnik razdalje med Zemljo in Soncem. V vesoljskem merilu – skoraj nič. Še posebej, če upoštevamo, da imata maso med 100 milijoni in milijardo Sončevih mas.
To pomeni eno – sistem je že globoko v fazi združevanja.
Po ocenah bi se lahko razdalja med njima zmanjševala tako hitro, da bi do združitve prišlo že v približno 100 letih.
Zakaj je to pomembno za razumevanje vesolja
V središču skoraj vsake velike galaksije leži supermasivna črna luknja. A vprašanje, kako dosežejo tako ogromne mase, ostaja odprto.
Samo akrecija plina iz okolice ne zadostuje.
Zato je združevanje črnih lukenj ključni del zgodbe. Trki galaksij so pogosti – in ko se galaksije združujejo, se sčasoma združijo tudi njihove črne luknje.
Težava je bila doslej preprosta: te zadnje faze skoraj nikoli ne vidimo neposredno.
Mrk 501 to spreminja.
Naslednji korak: gravitacijski valovi
Čeprav današnji teleskopi – tudi Event Horizon Telescope, ki je že posnel črne luknje – ne morejo ločiti obeh objektov kot ločenih točk, obstaja drug način.
Tak sistem bi moral oddajati gravitacijske valove zelo nizkih frekvenc.
Te lahko zaznajo t. i. pulzarski časovni nizi (PTA), ki spremljajo drobne spremembe v signalih oddaljenih pulzarjev. Prav takšni sistemi so že bili povezani z ozadjem gravitacijskih valov, za katerega so dokaze našli leta 2023 z evropskimi in drugimi opazovalnimi mrežami.
Mrk 501 je zdaj eden glavnih kandidatov, da se te signale poveže s konkretnim sistemom.
„Če zaznamo gravitacijske valove, bomo morda celo opazovali, kako se njihova frekvenca vztrajno povečuje, ko se dva velikana spiralno gibljeta proti trku, kar ponuja redko priložnost za opazovanje združitve supermasivnih črnih lukenj,“ dodaja soavtor Héctor Olivares.
