Δύο υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες σε τροχιά σύγκρουσης στον γαλαξία Markarian 501

Snapshot

• Καταγράφηκαν για πρώτη φορά απευθείας δύο υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες σε πολύ στενή τροχιά στον γαλαξία Markarian 501.
• Οι μαύρες τρύπες έχουν μάζες από 100 εκατομμύρια έως 1 δισεκατομμύριο φορές τη μάζα του Ήλιου και απέχουν μεταξύ 250 και 540 αστρονομικών μονάδων.
• Η τροχιακή περίοδος του ζεύγους είναι 121 ημέρες και η πλήρης συγχώνευση μπορεί να συμβεί σε περίπου 100 χρόνια.
• Η παρατήρηση δύο πιδάκων με αντίθετες κατευθύνσεις επιβεβαιώνει την τροχιακή κίνηση και τη binarity των μαύρων τρυπών.
• Το σύστημα αποτελεί πιθανή πηγή βαρυτικών κυμάτων χαμηλής συχνότητας, ανιχνεύσιμων μέσω της τεχνικής χρονομέτρησης παλσάρων (PTA).

Snapshot powered by AI

Ένα διεθνές ερευνητικό πρόγραμμα με επικεφαλής τη Σίλκε Μπρίτσεν από το Ινστιτούτο Max Planck για Ραδιοαστρονομία κατέγραψε για πρώτη φορά απευθείας δύο υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες σε εξαιρετικά μικρή απόσταση μεταξύ τους στo γαλαξία Markarian 501.

Η ανακάλυψη, δημοσιευμένη στο περιοδικό Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, ανοίγει το δρόμο για την παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο της τελικής φάσης πριν τη συγχώνευση αυτών των κοσμικών γιγάντων, διαδικασία κρίσιμη για την κατανόηση της εξέλιξης των γαλαξιών.

Οι δύο μαύρες τρύπες, με μάζες που κυμαίνονται από 100 εκατομμύρια έως 1 δισεκατομμύριο φορές τη μάζα του Ήλιου, βρίσκονται σε απόσταση μόλις 250 έως 540 αστρονομικών μονάδων —την απόσταση δηλαδή μεταξύ Γης και Ήλιου—, γεγονός που συνιστά την πιο στενή τεκμηριωμένη παρατήρηση ενός τέτοιου ζεύγους μέχρι σήμερα.

Η ανάλυση των ραδιοπαρατηρήσεων υψηλής ανάλυσης που συλλέχθηκαν σε διάστημα 23 ετών επέτρεψε όχι μόνο την καταγραφή του ήδη γνωστού ισχυρού πίδακα σωματιδίων στον πυρήνα της γαλαξίας, αλλά και την ανακάλυψη ενός δεύτερου πίδακα με διαφορετική κατεύθυνση.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο δεύτερος πίδακας εκτινάσσεται πίσω από τη μεγαλύτερη μαύρη τρύπα, κινούμενος αντίθετα από τις δείκτες του ρολογιού σε σχέση με τον σύντροφό του, δημιουργώντας ένα επαναλαμβανόμενο μοτίβο που αποκαλύπτει την τροχιακή κίνηση των δύο σωμάτων.

Τροχιακή δυναμική και προοπτικές συγχώνευσης

Η λεπτομερής παρακολούθηση των δύο πιδάκων επέτρεψε τον υπολογισμό της τροχιακής περιόδου: 121 ημέρες για το ζεύγος Markarian 501. Η κοντινή τροχιακή απόσταση σημαίνει ότι, ανάλογα με τις τελικές μάζες τους, η πλήρης συγχώνευση θα μπορούσε να συμβεί σε μόλις 100 χρόνια —μια κλίμακα χρόνου εντυπωσιακά σύντομη σε ανθρώπινα μέτρα.

Η ανακάλυψη αυτή επιβεβαιώνει ότι η ύπαρξη ενός ζεύγους υπερμεγεθών μαύρων τρυπών σε τόσο στενή τροχιά είναι πραγματική, και προσφέρει μοναδική ευκαιρία να μελετηθεί η διαδικασία συσσώρευσης μάζας που οδηγεί στη δημιουργία γιγάντιων μαύρων τρυπών, η οποία είναι κρίσιμη για την εξέλιξη των γαλαξιών.

Κατά τη διάρκεια παρατηρήσεων τον Ιούνιο του 2022, η ευθυγράμμιση του συστήματος με τη Γη δημιούργησε ένα «δαχτυλίδι Einstein», αποτέλεσμα του φαινομένου της βαρυτικής φακοποίησης, προσφέροντας περαιτέρω επιβεβαίωση της binarity και της ακριβούς τροχιακής διάταξης των σωμάτων.

Μια αναζήτηση δεκαετιών

Παρά το γεγονός ότι οι συγχωνεύσεις γαλαξιών είναι συχνές, κανένα προηγούμενο σύστημα δεν είχε τεκμηριωθεί τόσο κοντά σε φάση επαφής.

Όπως σημειώνει η Σίλκε Μπρίτσεν: «Το ψάχναμε για πολύ καιρό και ήταν πλήρης έκπληξη να δούμε όχι μόνο τον δεύτερο πίδακα, αλλά και να παρακολουθήσουμε την κίνησή του». Το εύρημα αυτό επιβεβαιώνει ότι οι συγχωνεύσεις αποτελούν βασικό μηχανισμό συσσώρευσης μάζας, υπερβαίνοντας την απλή απορρόφηση του περιβάλλοντος αερίου.

Τεχνικοί περιορισμοί και μελλοντικές δυνατότητες

Αν και η παρατήρηση είναι πρωτοφανής, ούτε τα πιο προηγμένα τηλεσκόπια, όπως το Event Horizon Telescope, έχουν την απαραίτητη ανάλυση για να διαχωρίσουν τις δύο μαύρες τρύπες εξαιτίας της απόστασης του Markarian 501 από τη Γη.

Ωστόσο, η προοδευτική προσέγγιση τους σημαίνει ότι το σύστημα είναι πιθανή πηγή χαμηλής συχνότητας βαρυτικών κυμάτων, ανιχνεύσιμων μέσω της τεχνικής χρονομέτρησης παλσάρων (PTA). Το European Pulsar Timing Array έχει ήδη καταγράψει σήματα που θα μπορούσαν να προέρχονται από παρόμοια ζεύγη υπερμεγεθών μαύρων τρυπών.

Ο συν-συγγραφέας Héctor Olivares επισημαίνει ότι η παρακολούθηση των μεταβαλλόμενων συχνοτήτων των βαρυτικών κυμάτων θα μπορούσε να δείξει σε πραγματικό χρόνο την σπειροειδή σύγκλιση των δύο γιγάντων, προσφέροντας μοναδική ευκαιρία να παρατηρηθεί η συγχώνευση υπερμεγεθών μαύρων τρυπών για πρώτη φορά.

Το Markarian 501, στον αστερισμό του Ήρακλης, με τους δύο πιδάκες να παρατηρούνται συστηματικά για πάνω από δύο δεκαετίες, παρέχει την πιο λεπτομερή εικόνα μέχρι σήμερα της τελικής φάσης πριν από τη συγχώνευση δύο κολοσσιαίων υπερμεγεθών μαύρων τρυπών.