2024 m. lapkritį Žemės teleskopus pasiekęs trumpas gama ir rentgeno spindulių švytėjimas galėjo kilti iš visai netikėto šaltinio.
Vos keliomis sekundėmis anksčiau iš to paties nedidelio dangaus ruožo „LIGO-Virgo-KAGRA“ detektoriai užfiksavo gravitacinių bangų signalą, būdingą dviejų juodųjų skylių susidūrimui. Tokie įvykiai yra vieni ekstremaliausių Visatoje, tačiau paprastai manoma, kad jie neturėtų sukurti aptinkamos šviesos.
Tyrėjų grupė, vadovaujama astronomo Shu-Rui Zhango iš Kinijos Mokslo ir technologijų universiteto, šį neįprastą sutapimą sieja su dar neįprastesnėmis aplinkybėmis. Mokslininkų teigimu, susidūrimas galėjo įvykti milžiniškame dulkių ir dujų diske, supančiame trečią – supermasyvią – juodąją skylę, esančią galaktikos aktyviajame branduolyje.
Nors iš daugiau nei 4,2 mlrd. šviesmečių atstumo tai patvirtinti sudėtinga, stebėjimų seka leidžia manyti, kad susidūrus juodosioms skylėms tam tikromis aplinkybėmis gali pasirodyti ir šviesos blyksnis.
Gravitacinių bangų stebėjimų istorija sparčiai plečiasi nuo 2015 m., kai pirmą kartą buvo užfiksuotas toks signalas. Nors ne visi aptikti signalai jau išsamiai ištirti ar patvirtinti, dauguma jų siejami būtent su dviejų juodųjų skylių susijungimais – tankiausiais žinomais objektais Visatoje.
Taip pat skaitykite:
Didžioji dalis tokių susidūrimų būna visiškai „tamsūs“. Mokslininkai ne kartą ieškojo šviesos atitikmens, tačiau duomenys rodo, kad susijungus mažesnėms juodosioms skylėms ir susiformavus didesnei, galimas „fejerverkas“, jei jis apskritai įvyksta, vyksta už įvykių horizonto ribos ir todėl lieka nematomas.
Tačiau 2024 m. lapkričio 25 d. gravitacinių bangų įvykis, pavadintas S241125n, išsiskyrė. Signalą užfiksavo visame pasaulyje išsidėstę „LIGO-Virgo-KAGRA“ detektoriai, pranešdami apie susijungimą maždaug už 4,2 mlrd. šviesmečių. Susidūrimo rezultatas – apie 150 kartų už Saulę masyvesnis objektas.
Maždaug po 11 sekundžių keli rentgeno observatorijų prietaisai aptiko rentgeno spindulių blyksnį, o taip pat užfiksuotas ir gama spindulių pliūpsnis iš tos pačios dangaus srities. Tyrėjų skaičiavimais, tikimybė, kad tai visiškai nesusijęs sutapimas, yra maža – maždaug vienas toks atvejis per 30 metų stebėjimų.
Kadangi gravitacija ir šviesa sklinda tuo pačiu greičiu, stebėjimų seka leidžia daryti prielaidą, jog pirmiausia įvyko juodųjų skylių susijungimas, o po jo – ryškus šviesos protrūkis.
Juodosios skylės pačios savaime neskleidžia aptinkamos šviesos, o dauguma jų susijungimų vyksta be jokio elektromagnetinio signalo. Todėl mokslininkai padarė išvadą, kad šiuo atveju turėjo veikti papildomas mechanizmas.
Taip pat skaitykite:
Yra vienas procesas, dėl kurio juodosios skylės gali tapti itin ryškios: medžiagos rijimas, vadinamas akrecija. Kai juodąją skylę supa dujos ir dulkės, jos gali suformuoti akrecinį diską, kuris dėl gravitacijos ir trinties įkaista iki labai aukštų temperatūrų, medžiagai spirale krentant vis arčiau juodosios skylės.
Toks diskas yra vienas šviesos šaltinis. Kitas – astrofiziniai čiurkšlės, kurios, kaip manoma, susidaro daliai medžiagos nukreipiamos ir pagreitinamos magnetinio lauko linijomis šalia įvykių horizonto, o tuomet didžiuliais greičiais išmetamos iš polinių sričių.
Po S241125n užfiksuotas gama pliūpsnis turėjo keletą neįprastų bruožų, palyginti su dažnesniais gama pliūpsniais, siejamais su masyvių žvaigždžių branduolio kolapsu arba neutroninių žvaigždžių susijungimais.
Zhangas ir jo kolegos svarstė, kad vienas galimų paaiškinimų galėtų būti staigus, intensyvus akrecijos epizodas. Tačiau tam, kad naujai susiformavusi juodoji skylė galėtų greitai „maitintis“, susidūrimas turėtų vykti aplinkoje, kur jau yra pakankamai medžiagos.
Tyrėjai modeliuodami analizavo scenarijų, kai dvi žvaigždinės masės juodosios skylės susiduria didžiulės supermasyvios juodosios skylės akreciniame diske. Tokia supermasyvi juodoji skylė gali būti milijonus ar net milijardus kartų masyvesnė už Saulę ir aktyviai ryti medžiagą galaktikos centre.
Kai susiduria nevienodos masės juodosios skylės, netolygi masės pasiskirstymo dinamika gali suteikti naujai susiformavusiai juodajai skylei vadinamąjį „gimimo smūgį“, tarsi ją „spiriant“ į šoną ir priverčiant judėti dideliu greičiu.
Pagal komandos simuliacijas, toks „gimimo smūgis“ aktyvaus galaktikos branduolio akreciniame diske priverstų naują juodąją skylę skrosti tankias dujas ir dulkes. Tai galėtų sukelti intensyvią akreciją ir formuoti čiurkšles, kurios sukurtų į užfiksuotą gama pliūpsnį panašius požymius.
Toks paaiškinimas atrodo logiškas, nes galaktikų centrai yra itin dinamiškos sritys. Juose gali būti gausu įvairių objektų, įskaitant mažesnes juodąsias skyles bei juodųjų skylių poras, kurios palaipsniui artėja centro link.
Nors hipotezei patvirtinti dar reikės papildomų duomenų, ji siūlo intriguojantį scenarijų, galintį padėti geriau suprasti galaktikų branduolius ir juodųjų skylių susidūrimus, galimai vykstančius tokioje aplinkoje.
Tyrimas publikuotas leidinyje „The Astrophysical Journal Letters“.
