Εντοπίστηκε για πρώτη φορά γαλαξίας με τρεις ενεργές μαύρες τρύπες στα πρόθυρα σύγκρουσης

Τρεις τεράστιες μαύρες τρύπες, εγκλωβισμένες σε μια περίπλοκη βαρυτική αλληλεπίδραση, εντοπίστηκαν σε έναν εξαιρετικά μακρινό γαλαξία και ενδέχεται στο μέλλον να συγχωνευθούν, σχηματίζοντας μια ακόμη μεγαλύτερη μαύρη τρύπα.

Η ανακάλυψη, σύμφωνα με το Space.com, προσφέρει νέα στοιχεία για ένα από τα μεγάλα αινίγματα της σύγχρονης αστροφυσικής: πώς κατάφεραν οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες να αποκτήσουν τεράστιες μάζες τόσο νωρίς στην ιστορία του σύμπαντος.

Ο γαλαξίας, με την ονομασία J0148-4214, βρίσκεται τόσο μακριά ώστε το φως του χρειάστηκε περίπου 12,5 δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσει μέχρι τη Γη. Αυτό σημαίνει ότι οι αστρονόμοι τον παρατηρούν όπως ήταν λιγότερο από 1,3 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Πώς εντοπίστηκαν οι μαύρες τρύπες

«Είναι η πρώτη ένδειξη τριών ενεργών μαύρων τρυπών σε έναν μόνο γαλαξία στο μακρινό σύμπαν», ανέφερε η Hannah Übler, αστρονόμος στο Ινστιτούτο Max Planck για την Εξωγήινη Φυσική και επικεφαλής της μελέτης που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Astronomy & Astrophysics. Σύμφωνα με την ίδια, το εύρημα δείχνει ότι οι διαδικασίες στο νεαρό Σύμπαν μπορούσαν να φέρνουν πολύ αποτελεσματικά τεράστιες μαύρες τρύπες κοντά η μία στην άλλη.

Η ανακάλυψη έγινε με το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb. Οι μαύρες τρύπες δεν παρατηρήθηκαν απευθείας. Οι επιστήμονες τις εντόπισαν μέσω των κινήσεων του υδρογόνου που περιστρέφεται με πολύ υψηλές ταχύτητες στους δίσκους προσαύξησης γύρω τους. Με αυτόν τον τρόπο μπόρεσαν να υπολογίσουν τις μάζες τους, τον ρυθμό με τον οποίο καταβροχθίζουν ύλη αλλά και τη συνολική αστρική μάζα του γαλαξία, η οποία εκτιμάται περίπου στο 1,3 δισεκατομμύριο φορές τη μάζα του Ήλιου.

Οι δύο μαύρες τρύπες βρίσκονται στο κέντρο του J0148-4214 και απέχουν μεταξύ τους περίπου 620 έτη φωτός. Η μεγαλύτερη έχει μάζα σχεδόν 80 εκατομμύρια φορές εκείνη του Ήλιου. Η δεύτερη είναι πολύ μικρότερη, περίπου 600.000 ηλιακών μαζών, αλλά βρίσκεται σε μια περίοδο εντυπωσιακά γρήγορης ανάπτυξης.

Συγκεκριμένα, απορροφά αέριο με ρυθμό υψηλότερο από το λεγόμενο όριο Eddington, το θεωρητικό όριο πάνω από το οποίο η ακτινοβολία που παράγεται από τον δίσκο προσαύξησης αρχίζει να απωθεί την ύλη προς τα έξω. Αυτό σημαίνει ότι η συγκεκριμένη φάση ταχύτατης ανάπτυξης πιθανότατα δεν μπορεί να διαρκέσει πολύ.

Η τρίτη μαύρη τρύπα βρίσκεται περίπου 5.500 έτη φωτός από το κέντρο του γαλαξία και έχει μάζα περίπου δύο εκατομμυρίων Ήλιων – περίπου τη μισή από εκείνη του Τοξότη Α*, της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στο κέντρο του γαλαξία μας. Οι επιστήμονες θεωρούν πιθανό ότι αυτή, όπως ίσως και η μικρότερη από τις άλλες δύο, έφτασε στον J0148-4214 έπειτα από συγχωνεύσεις διαφορετικών γαλαξιών.

Συγκρούσεις και συγχωνεύσεις

Το εύρημα ενισχύει έτσι την άποψη ότι οι συγχωνεύσεις αποτελούσαν έναν γρήγορο μηχανισμό ανάπτυξης των μαύρων τρυπών στο πρώιμο Σύμπαν. Όταν δύο μαύρες τρύπες συγχωνεύονται, δημιουργούν βαρυτικά κύματα, δηλαδή διαταραχές στον ίδιο τον χωροχρόνο.

Οι σημερινοί ανιχνευτές LIGO, Virgo και KAGRA μπορούν να καταγράψουν βαρυτικά κύματα από συγκρούσεις πολύ μικρότερων, αστρικής μάζας μαύρων τρυπών. Για τις συγχωνεύσεις υπερμεγέθων μαύρων τρυπών θα χρειαστούν όργανα ικανά να ανιχνεύσουν κύματα πολύ μεγαλύτερου μήκους.

Αυτός είναι ένας από τους βασικούς στόχους της ευρωπαϊκής διαστημικής αποστολής LISA, που προγραμματίζεται για τη δεκαετία του 2030. Θα αποτελείται από τρία διαστημόπλοια τοποθετημένα σε τριγωνικό σχηματισμό, σε αποστάσεις περίπου 2,5 εκατομμυρίων χιλιομέτρων μεταξύ τους.

Υπάρχει, ωστόσο, μια σημαντική αβεβαιότητα. Η τρίτη μαύρη τρύπα ίσως τελικά να μην συγκρουστεί ποτέ με τις άλλες δύο. Οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις τριών σωμάτων μπορεί να οδηγήσουν σε ένα διαφορετικό σενάριο: η μεγαλύτερη μαύρη τρύπα να «αρπάξει» τη μικρότερη και ταυτόχρονα να εκτινάξει την τρίτη έξω από τον γαλαξία με μεγάλη ταχύτητα.

Οι αστρονόμοι δεν μπορούν σήμερα να προσδιορίσουν προς ποια κατεύθυνση κινείται η τρίτη μαύρη τρύπα. Αν πράγματι εκτοξεύτηκε από τον J0148-4214, είναι πιθανό ακόμη και σήμερα να περιπλανιέται μόνη της, αόρατη, στον διαγαλαξιακό χώρο.