Supermasivní černé díry v blízké galaxii jsou na pokraji srážky. Získaná data jsou k nezaplacení

Srážky galaxií jsou základními událostmi ve vesmíru. Dochází k nim, když se v kosmickém tanci prolínají dva hvězdné systémy.

Jsou také příčinou velkolepých splynutí supermasivních černých děr. Výsledkem je jedna velmi změněná galaxie a jediná supermasivní černá díra. Tyto kolosální události jsou hlavní silou ve vývoji galaxií. Díky nim se menší galaxie spojují a vytvářejí stále větší. Takováto slučování probíhají od nejstarších epoch kosmického času.

Slučování galaxií pokračuje i dnes. Naše Mléčná dráha nadále pohlcuje ty menší a za několik miliard let se srazí s Galaxií v Andromedě. Až k tomu dojde, mohly by se spojit i supermasivní černé díry obou galaxií. Celý proces od začátku do konce nevidíme, protože trvá miliony let. To však astronomům nebrání v tom, aby hledali – a nacházeli – důkazy o srážkách galaxií a supermasivních černých děr.

Nejnovější objev využil Hubbleův vesmírný dalekohled (HST) k pozorování tří jasných „horkých skvrn“ ve viditelném světle hluboko uvnitř dvojice srážejících se galaxií. Tyto cíle leží relativně blízko nás – ve vzdálenosti pouhých 800 milionů světelných let. Astronomové navázali na pozorování z družice Chandra a rádiová data z Very Large Array Karla G. Janského.

Galaxie s jasnými jádry, nazývané aktivní galaktická jádra (zkráceně AGN), se obvykle vyskytují velmi daleko. Často jsou pozorovány dříve v kosmickém čase. Příležitost studovat galaxii a dvojici supermasivních černých děr při srážce v „moderním“ blízkém vesmíru je vhodnou příležitostí ke studiu mechaniky takové události.

Zjišťování počínajících srážek supermasivních černých děr

Objev budoucí kosmické srážky přišel, když kamera HST Advanced Camera for Surveys spatřila tři optické difrakční hroty v srdci srážející se galaxie nazvané MCG-03-34-64. Dvě z těchto horkých skvrn se zdají být velmi blízko sebe – vzdálené od sebe jen asi 300 světelných let. Svědčí o přítomnosti plynného kyslíku v jádře. Ten je ionizován něčím velmi energetickým a horké skvrny astronomy překvapily.

„Nečekali jsme, že něco takového uvidíme,“ řekla Anna Trindade Falcão z Centra pro astrofyziku | Harvard & Smithsonian v Cambridge ve státě Massachusetts. „Tento pohled není v blízkém vesmíru běžný a napověděl nám, že se uvnitř galaxie děje něco jiného.“ Falcão a její kolegové chtěli zjistit, co je příčinou těchto světlých míst. Využili proto rentgenovou observatoř Chandra, aby se na dění zaměřili.

„Když jsme se na MCG-03-34-64 podívali v rentgenovém pásmu, viděli jsme dva oddělené, silné zdroje vysokoenergetického záření, které se shodují s jasnými optickými světelnými body pozorovanými Hubbleovým teleskopem. Spojili jsme tyto části dohromady a dospěli k závěru, že se pravděpodobně díváme na dvě blízko sebe umístěné supermasivní černé díry,“ řekl Falcão.

Tým rovněž našel pozorování těchto objektů v archivních datech radioteleskopů. Tyto silné rádiové emise prokázaly, že dvojice černých děr existuje a přibližuje se k sobě. „Když vidíte jasné světlo v optických, rentgenových a rádiových vlnových délkách, lze vyloučit spoustu věcí, takže zbývá závěr, že je lze vysvětlit pouze jako blízké černé díry,“ poznamenal Falcão. „Když dáte všechny kousky dohromady, získáte obraz dua AGN.“

Nadcházející srážka

Tyto centrální supermasivní černé díry se srazí možná za sto milionů let. Každá z nich se nachází v jádru jedné galaxie. Jak se tyto galaxie budou k sobě přibližovat, černé díry v jejich srdcích se začnou vzájemně ovlivňovat. Nakonec dojde k jejich silnému splynutí, při kterém budou emitovat gravitační vlny.

Astronomové naznačují (na základě simulací a pozorování), že splynutí galaxií se supermasivními černými dírami vyvolává velkou aktivitu. Při srážkách proudí mezihvězdný plyn směrem ke galaktickým centrům. Ten se také stlačuje v jiných oblastech a obě aktivity vyvolávají výbuchy tvorby hvězd. Část plynu také akretuje na tyto centrální supermasivní černé díry, což způsobuje zvýšené emise, protože materiál spirálovitě prochází akrečním diskem.

K těmto sloučením dochází ve vesmíru neustále. Modely vývoje galaxií spolu s pozorovacími důkazy naznačují, že mnoho AGN v srdcích galaxií zažívá fúze. Srážející se páry supermasivních černých děr uvnitř těchto AGN také naznačují, že tyto černé díry rostou prostřednictvím fúzí.

Srážky supermasivních černých děr a jejich budoucí detekce

Pochopení slučování blízkých AGN, jako jsou ty pozorované v MCG MCG-03-34-64, nabízí jedinečný pohled do závěrečných fází toho, čemu astronomové říkají koalescence dvojhvězd SMBH. Takové události jsou a budou i nadále hlavním způsobem měření účinků těchto splynutí. Nabídnou bohaté pole pro studium pomocí observatoří citlivých na světlo v celém spektru a také budoucích detektorů gravitačních vln.

K těmto detekcím bude zapotřebí pokročilá verze laserové interferometrické observatoře gravitačních vln (LIGO), která své první detekce provedla teprve před několika lety. Gravitační vlny vyvolané splynutím supermasivních černých děr budou cílem budoucích přístrojů, jako je LISA (zkratka pro Laser Interferometer Space Antenna).

V rámci projektu budou rozmístěny tři vesmírné detektory vzdálené od sebe miliony kilometrů, které budou zachycovat gravitační vlny dlouhých vlnových délek vyzařované při srážkách černých děr, jako je ta v MCG-03-34-64. Vzhledem k tomu, že k těmto splynutím dochází v celém vesmíru, půjde o bohatou oblast studia, která významně přispěje k našemu poznání splynutí galaxií jako součásti kosmického vývoje.

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: jang.com.pk, scientificamerican.com