Po desetiletí se astrofyzici pokoušeli vyřešit matematický paradox: podle moderního chápání fyziky jsou supermasivní černé díry jednoduše příliš velké na to, aby existovaly. Ve standardních modelech trvá proces „narůstání plynu“ – když černá díra spotřebovává okolní hmotu k růstu – mnohem déle, než umožňuje stáří vesmíru, aby tito obri dosáhli své současné velikosti.
K vyřešení této záhady vědci již dlouho předložili „teorii sloučení“: supermasivní černé díry rostou vzájemnými srážkami během slučování galaxií. A nyní průlomová studie přináší první přímý důkaz, že k tomuto procesu skutečně dochází.
Markariánská hádanka 501
Objev se soustředí kolem Markariánské 501 (Mrk 501), eliptické galaxie nacházející se v souhvězdí Herkula. Stejně jako mnoho aktivních galaxií má i Mrk 501 silný proud nabitých částic vyvržených ze svého středu téměř rychlostí světla. Protože tento výtrysk míří přímo na Zemi, slouží astronomům jako jakýsi jasný maják.
Na základě údajů o rádiové frekvenci shromážděných za neuvěřitelných 23 let pozorování si vědci z Max Planck Institute for Radio Astronomy (Německo) všimli něčeho nemožného: zdálo se, že galaxie má dva výtrysky místo jednoho.
Špehování nebeského tance
Výzkumníci nejen viděli druhý proud, ale sledovali jeho pohyb. Při analýze dat zaznamenali komplexní orbitální tanec:
- Orbitální pohyb: Zdálo se, že druhý proud se pohybuje proti směru hodinových ručiček kolem prvního.
- Gravitační čočka: V červnu 2022 se záření z druhého výtrysku zkreslilo do kruhu známého jako Einsteinův prstenec. K tomu dochází, když gravitace první černé díry ohýbá světlo druhé a působí jako kosmická zvětšovací čočka.
- Orbitální perioda: Na základě opakujících se cyklů jasnosti astronomové odhadují, že obě černé díry obíhají kolem sebe každých 121 dní.
“Hledali jsme to tak dlouho a bylo naprostým překvapením, že jsme mohli nejen vidět druhý jet, ale dokonce sledovat jeho pohyb,” řekla spoluautorka studie Silke Britzenová.
Rozsáhlá fúze na obzoru
Zatímco vzdálenost mezi dvěma černými dírami – zhruba 250 až 540násobek vzdálenosti Země-Slunce – se může zdát obrovská, v kosmickém měřítku je neuvěřitelně malá. Tyto objekty mají hmotnosti, které přesahují hmotnost našeho Slunce 100 milionů až 1 miliardukrát.
V takové blízkosti jsou oba obři na kolizním kurzu. Vědci věří, že by se mohly sloučit během příštího století.
Proč je to důležité?
Tento objev poskytuje kritický kousek skládačky pro pochopení vývoje galaxií. Pokud supermasivní černé díry rostou primárně prostřednictvím takových prudkých slučování spíše než prostřednictvím pomalého narůstání, mění to celý náš model formování a dozrávání galaxií.
Přestože k samotnému sloučení dojde ve vzdálenosti 440 milionů světelných let daleko – daleko za přímým lidským pozorováním – událost pravděpodobně způsobí vlnění v časoprostoru. Jak se dvojice přiblíží, měla by vysílat extrémně nízkofrekvenční gravitační vlny, které budou budoucí observatoře schopny detekovat a poskytnout tak definitivní důkaz tohoto kosmického spojení.
Závěr: Pozorování dvojitých výtrysků v Markarian 501 poskytuje přesvědčivé důkazy o tom, že supermasivní černé díry rostou sloučením, což potenciálně řeší dlouhodobou matematickou záhadu o jejich kolosální velikosti.
