Velike galaksije poput naše domaćini su supermasivnih crnih rupa (SMBH). One mogu biti toliko masivne da se ne mogu razumjeti, a neke od njih imaju milijarde puta veću masu od Sunca.
Naša, nazvana Sagittarius A* (Sgr A*), nešto je skromnija i ima oko četiri miliona solarnih masa.
Astrofizičari su proučavali Sgr A* kako bi saznali više o njoj, uključujući njenu starost. Kažu da je nastala prije otprilike devet milijardi godina.
Kvazari mogu zasjeniti cijele galaksije
Supermasivne crne rupe su najzanimljiviji objekti u svemiru. Toliko su masivni da njihova gravitacijska sila može zarobiti svjetlost. Okruženi su rotirajućim prstenom materijala koji se naziva akrecijski disk koji dovodi materijal u rupu.
Kada se aktivno hrane, nazivaju se aktivnim galaktičkim jezgrama (AGN). Najsjajniji AGN-ovi nazivaju se kvazari i mogu zasjeniti cijele galaksije.
Kako naučnici mogu odrediti starost ovih zbunjujućih objekata? Kako mogu naučiti kada je nastala naša crna rupa, Sgr A*? Prikupljanjem podataka, njihovim spajanjem i pokretanjem simulacija.
Ovaj napor je ozbiljno započeo u aprilu 2017. kada je Event Horizon Telescope (EHT) promatrao crnu rupu u središtu galaksije M87. To je bio prvi put da smo vidjeli sliku crne rupe, a nastavljena je 2022. kada je EHT promatrao Sgr A*.
Novo istraživanje objavljeno u časopisu Nature Astronomy oslanjalo se na EHT promatranja kako bi se utvrdila starost i porijeklo Sgr A*. Naslovljen je "Dokaz o prošlom spajanju crne rupe Galaktičkog centra". Autori su Yihan Wang i Bing Zhang, obojica astrofizičari sa Univerziteta Nevada u Las Vegasu.
Crne rupe rastu na dva načina. One s vremenom gomilaju materiju i stapaju se. Astrofizičari vjeruju da je za formiranje supermasivne crne rupe potrebno spajanje galaksija, a Sgr A* nije ništa drugačija. Vjerovatno je nastala spajanjem, iako također gomila materijal.
Sgr A* je neobična. Brzo se vrti i neusklađena je u odnosu na Mliječnu stazu. Ovo je dokaz prošlog spajanja, prema Wangu i Zhangu, vjerovatno s davno nestalom satelitskom galaksijom zvanom Gaia-Enceladus.
"Teleskop Horizonta događaja (EHT) pružio je direktnu sliku SMBH Sgr A* u središtu Mliječne staze, ukazujući da se vjerovatno brzo okreće s osi vrtnje koja je značajno neporavnata u odnosu na ugaoni moment galaktičke ravnine", pišu autori u svom radu.
Dvojica istraživača koristila su se računalnim simulacijama za modeliranje utjecaja spajanja na crnu rupu Mliječnog puta.
"Kroz istraživanje različitih modela rasta SMBH, ovdje pokazujemo da pretpostavljena svojstva spina Sgr A* pružaju dokaz o prošlom spajanju SMBH", pišu autori.
Njihov rad pokazuje da spajanje omjera mase 4:1 s visoko nagnutom orbitalnom konfiguracijom može objasniti što pokazuju EHT promatranja Sgr A*.
Spajanje Mliječne staze s galaksijom Gaia-Enceladus
"Nadahnuti spajanjem Mliječne staze i Gaje-Encelada, koji ima omjer mase 4:1 prema podacima Gaje, otkrili smo da veliko spajanje SMBH u omjeru 4:1 s uglom nagiba binarnog ugaonog momenta od 145- 180 stepeni u odnosu na liniju gledanja (LOS) može uspješno replicirati izmjerena svojstva vrtnje Sgr A*," objašnjavaju autori u svom radu.
"Ovo spajanje se vjerovatno dogodilo prije oko 9 milijardi godina, nakon spajanja Mliječne staze s galaksijom Gaia-Enceladus", rekao je Zhang, istaknuti profesor fizike i astronomije na UNLV-u i osnivački direktor Centra za astrofiziku u Nevadi.
"Ovaj događaj ne samo da pruža dokaze teorije hijerarhijskog spajanja crnih rupa, već također pruža uvid u dinamičku historiju naše galaksije."
"Ovo otkriće utire put našem razumijevanju kako supermasivne crne rupe rastu i evoluiraju", rekao je glavni autor Wang u saopćenju za javnost. "Pogrešno poravnat visoki spin Sgr A* ukazuje na to da se možda spojio s drugom crnom rupom, dramatično mijenjajući njegovu amplitudu i orijentaciju vrtnje."
"Ovaj događaj spajanja u našoj galaksiji pruža potencijalnu opservacijsku podršku teoriji hijerarhijskih BH spajanja u formiranju i rastu SMBH-a", pišu autori u svom zaključku.
Kada se galaksije spajaju, spajaju se i njihove centralne crne rupe. Iako je to uglavnom teoretski, opservatoriji gravitacijskih valova otkrivaju sve veći broj spajanja crnih rupa.
Međutim, zbog frekvencijskog raspona naših zvjezdarnica, detektirali su samo spajanja crnih rupa zvjezdane mase. SMBH spajanja proizvela bi puno niže frekvencije gravitacijskih valova koje su izvan dometa detektora poput LIGO/Virgo/KAGRA. Detektori sistema su preblizu da bi otkrili niže frekvencije.
Svemirski detektori gravitacijskih valova
Autori također ukazuju na stope spajanja SMBH utvrđene u drugim simulacijama poput Millenium Simulations, što sugerira da bi moglo biti stotine ili hiljade svake godine u promatranom svemiru.
"Zaključena stopa spajanja, u skladu s teorijskim predviđanjima, sugerira obećavajuću stopu otkrivanja spajanja SMBH za svemirske detektore gravitacijskih valova za koje se očekuje da će raditi u 2030-ima."
Postoje planovi za izgradnju objekata koji mogu detektirati te niže učestalosti spajanja SMBH. ESA i NASA planiraju misiju pod nazivom LISA (Laser Interferometer Space Antenna) koja može otkriti te valove. LISA će se sastojati od tri svemirske letjelice koje će raditi zajedno kao interferometar. Svaka letjelica bila bi duga 2,5 miliona km.
SMBH su neki od najzagonetnijih objekata u svemiru i zastrašujući su za proučavanje. Međutim, čak i u nedostatku bilo kakvih dokaza gravitacijskih valova o spajanjima SMBH, ovo istraživanje pomaže u postavljanju pozornice za produbljivanje našeg razumijevanja tih spajanja kada do njih dođe, piše Science Alert.
