Odkrycie trzech, orbitujących blisko siebie, supermasywnych czarnych dziur w galaktyce oddalonej o ponad cztery miliardy lat świetlnych od nas może pomóc astronomom w badaniach nad falami grawitacyjnymi – przepowiedzianymi przez Einsteina „zmarszczkami” czasoprzestrzeni.

Artykuł napisała Jagienka Naglik.

Międzynarodowy zespół, składający się z naukowców z Uniwersytetu Oksfordzkiego, kierowany przez doktora Rogera Deane’a z Uniwersytetu Kapsztadzkiego zbadał sześć układów mogących zawierać dwie supermasywne czarne dziury. Zespół odkrył, że jeden z nich zawiera aż trzy takie dziury. Dwie z nich krążą wokół siebie, tak jak gwiazdy podwójne. Jest to jak dotąd najściślejsze znane trio czarnych dziur, a jego składniki krążą wokół siebie z prędkością 300 razy większą niż prędkość dźwięku na Ziemi. Odkrycie to może to sugerować, że tak blisko usytuowane supermasywne czarne dziury są o wiele częstszym zjawiskiem niż dotąd przypuszczano.

Ogólna Teoria Względności przewiduje, że łączące się czarne dziury są źródłem fal grawitacyjnych. W przeprowadzonych badaniach udało się dostrzec trzy czarne dziury „upakowane” prawie tak ciasno, jak tylko mogłyby być zanim zacznie się ich wzajemne skręcanie i scalanie. Myśl, że możemy być w stanie znaleźć więcej potencjalnych źródeł fal grawitacyjnych, jest bardzo pokrzepiająca. Wiedza skąd takie sygnały powinny pochodzić pomoże w dalszych próbach wykrycia „zmarszczek” czasoprzestrzeni kształtujących Wszechświat.

Do odkrycia dwóch wewnętrznych czarnych dziur z omawianego układu potrójnego zespół badawczy wykorzystał technikę VLBI (Very Long Baseline Interferometry). Polega ona na łączeniu mocy sygnałów z wielkich anten radiowych oddalonych od siebie o ponad 10 tys. kilometrów. Pozwala to na dostrzeżenie szczegółów z dokładnością 50 razy lepszą niż za pomocą Teleskopu Hubble’a. Obserwacji dokonano dzięki Europejskiej sieci VLBI, składającej się z anten znajdujących się w Europie, Chinach, Rosji, Afryce Południowej jak i również z 305-metrowego radioteleskopu Obserwatorium w Arecibo w Puerto Rico. Radioteleskopy przyszłości, takie jak SKA (Square Kilometre Array), będą w stanie mierzyć zarówno fale grawitacyjne pochodzące z takich układów jak i zacieśnianie ich orbity.

Obecnie bardzo mało wiemy na temat układów czarnych dziur znajdujących się tak blisko siebie, dlatego też trudno stwierdzić, czy faktycznie emitują one wykrywalne fale grawitacyjne. Odkrycie to nie tylko sugeruje, że takie układy czarnych dziur wysyłających sygnały radiowe jest powszechniejsze niż przypuszczano, ale pozwala przewidywać, że radioteleskopy takie jak MeerKAT i African VLBI Network bezpośrednio pomogą w wykryciu i zrozumieniu sygnałów fal grawitacyjnych. Z kolei SKA w przyszłości pomoże nam w znajdowaniu i badaniu układów czarnych dziur w najdrobniejszych szczegółach i pozwoli na lepsze zrozumienie jak czarne dziury kształtowały galaktyki w historii Wszechświata.

Skręcone dżety (niebieski) pochodząc z jednej czarnej dziury, których kształt jest wynikiem oddziaływania towarzysza. Trzecia czarna dziura jest także częścią tego układu, ale znajduje się dalej, tak więc jej dżety (czerwony) mają liniowy kształt.     Roger Deane (large image); NASA Goddard (inset bottom left; modified from original)

Chociaż technika VLBI była niezbędna do odkrycia dwóch wewnętrznych czarnych dziur, badania przeprowadzone przez zespół wykazały również, że obecność podwójnej czarnej dziury może zostać uwidoczniona przez o wiele szerszą skalę cech. Ruch czarnej dziury po orbicie jest naznaczony w ich „dżetach” (ang. jets) skręcających się w kształt helisy lub korkociągu. Pomimo tego, że czarne dziury mogą znajdować się w tak małej odległości od siebie, że nasze teleskopy nie będą miały wystarczającej zdolności rozdzielczej do ich odróżnienia, poskręcane „strugi” mogą posłużyć jako ich znaczniki. Czułym teleskopom przyszłości takim jak MeerKAT i SKA pomoże to zwiększyć wydajność w wykrywaniu podwójnych czarnych dziur.

Raport z tych badań został opublikowany w czasopiśmie “Nature”.

Autor

Redakcja AstroNETu
Redakcja AstroNETu