Astronomowie poszukują śladów supermasywnej czarnej dziury w gromadzie galaktyk Abell 2261. Prawie wszystkie duże galaktyki zawierają centralne czarne dziury, a galaktyka w środku Abell 2261 powinna zawierać szczególnie masywną. Naukowcy uważają, że w przeszłości ta galaktyka uległa połączeniu z inną, co mogło spowodować wyrzucenie nowo powstałej supermasywnej czarnej dziury poza granice galaktyki. Pomimo dokładnych poszukiwań za pomocą teleskopu Chandra i innych, astronomowie nie wiedzą jeszcze, co stało się z tą gigantyczną czarną dziurą o masie od 3 do 100 miliardów mas Słońca. Ta brakująca czarna dziura powinna znajdować się w olbrzymiej galaktyce w centrum gromady galaktyk Abell 2261, która znajduje się około 2,7 miliarda lat świetlnych od Ziemi.

Ten złożony obraz Abell 2261 zawiera dane optyczne z Hubble’a i Teleskopu Subaru pokazujące galaktyki w gromadzie i w tle, a także dane rentgenowskie Chandra pokazujące gorący gaz (w kolorze różowym) przenikający gromadę. Środek obrazu przedstawia dużą galaktykę eliptyczną w centrum gromady.

Ponieważ masa centralnej czarnej dziury zwykle jest skorelowana z masą samej galaktyki, astronomowie spodziewają się, że galaktyka w centrum Abell 2261 będzie zawierać supermasywną czarną dziurę, która powinna rywalizować z niektórymi z największych znanych czarnych dziur we Wszechświecie. Masę zaginionej czarnej dziury szacuje się na od 3 do 100 miliardów mas Słońca, w czasie gdy obecny rekordzista ma masę w okolicy 66 miliardów mas Słońca.

Korzystając z danych teleskopu Chandra uzyskanych w 1999 i 2004 roku, astronomowie przeszukali już centrum centralnej galaktyki Abell 2261 w poszukiwaniu oznak supermasywnej czarnej dziury. Szukali rozgrzanej materii, spadającej w kierunku czarnej dziury i wytwarzającej promieniowanie rentgenowskie, ale takowej nie wykryli.

Teraz, dzięki nowym, dłuższym obserwacjom Chandry uzyskanym w 2018 roku, zespół kierowany przez Kayhana Gultekina z University of Michigan przeprowadził głębsze poszukiwania czarnej dziury w centrum galaktyki. Rozważali również alternatywne wyjaśnienie, w którym czarna dziura została z niej wyrzucona. To gwałtowne zdarzenie mogło wynikać z połączenia dwóch galaktyk, tworząc obserwowaną.

Kiedy czarne dziury się łączą, wytwarzają zmarszczki w czasoprzestrzeni zwane falami grawitacyjnymi. Gdyby ogromna ilość fal grawitacyjnych generowanych przez takie zdarzenie była silniejsza w jednym kierunku niż w drugim, teoria przewiduje, że nowa, jeszcze bardziej masywna czarna dziura zostałaby wystrzelona z dala od centrum galaktyki w przeciwnym kierunku. Nazywa się to recoiling black hole.

Astronomowie nie znaleźli jeszcze dowodów na takie zjawisko i nie wiadomo, czy supermasywne czarne dziury zbliżają się wystarczająco blisko siebie, aby połączyć się i wytworzyć wystarczające fale grawitacyjne. Jak dotąd astronomowie zweryfikowali tylko połączenia znacznie mniejszych czarnych dziur.

Galaktyka w centrum Abell 2261 jest doskonałą gromadą do poszukiwania recoiling black hole, ponieważ istnieją dwie wskazówki, że mogło dojść do połączenia dwóch supermasywnych czarnych dziur. Po pierwsze, dane z obserwacji optycznych Hubble’a i Subaru ujawniają jądro galaktyki – centralny region, w którym liczba gwiazd jest równa lub bliska wartości maksymalnej – która jest znacznie większa, niż oczekiwano od galaktyki tej wielkości. Drugim znakiem jest to, że najgęstsze skupisko gwiazd w galaktyce znajduje się ponad 2000 lat świetlnych od centrum galaktyki, co jest uderzająco dużą odległością.

Gigantyczna galaktyka eliptyczna w centrum tego zdjęcia, wykonanego przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a NASA / ESA, jest najbardziej masywnym i najjaśniejszym członkiem gromady galaktyk Abell 2261. Astronomowie określają ją jako najjaśniejszą galaktykę gromadową (BCG). Rozciągająca się na nieco ponad milion lat świetlnych galaktyka jest około 20 razy większa od średnicy naszej Drogi Mlecznej.

Cechy te zostały po raz pierwszy zidentyfikowane przez Marca Postmana z Space Telescope Science Institute (STScI) i współpracowników na wcześniejszych zdjęciach z Hubble’a i Subaru, co skłoniło ich do zasugerowania idei połączonej czarnej dziury w Abell 2261. Podczas połączenia supermasywna czarna dziura w każdej galaktyce opada w kierunku centrum nowo utworzonej galaktyki. Jeśli zostaną ze sobą związane grawitacją, a ich orbita zacznie się kurczyć, oczekuje się, że czarne dziury wejdą w interakcję z otaczającymi gwiazdami i wyrzucą je ze środka galaktyki. To wyjaśniałoby tak duży rdzeń Abell 2261.

Chociaż istnieją wskazówki, że doszło do połączenia czarnych dziur, ani dane z Chandry, ani z Hubble nie wykazały dowodów na istnienie samej czarnej dziury. Gultekin i większość jego współautorów, na czele z Sarah Burke-Spolaor z Uniwersytetu Zachodniej Wirginii, wcześniej używali Hubble’a do poszukiwania grupy gwiazd, która mogła zostać wyrzucona razem z recoiling black hole. Przebadali trzy skupiska w pobliżu centrum galaktyki i zbadali, czy ruchy gwiazd w tych skupiskach są wystarczająco duże, aby sugerować, że zawierają one czarną dziurę o masie dziesięciu miliardów mas Słońca. Nie znaleźli jej.

Wcześniej badali Abell 2261 także z użyciem The Karl G. Jansky Very Large Array. Emisja radiowa wykryta w pobliżu centrum galaktyki ukazała dowody na to, że supermasywna czarna dziura była tam jeszcze 50 milionów lat temu.

Po wystrzeleniu Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba może być w stanie wykryć obecność supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki lub w okolicy. Jeśli Webb nie będzie w stanie znaleźć czarnej dziury, najlepszym wytłumaczeniem będzie to, że czarna dziura wycofała się z centrum galaktyki.

Autor

Szymon Ryszkowski

Redaktor portalu AstroNET, członek Klubu Astronomicznego Almukantarat, uczeń technikum informatycznego.