Maždaug už pusės milijardo šviesmečių esanti ryškiai švytinti galaktika gali suteikti galimybę beveik realiuoju laiku stebėti supermasyvių juodųjų skylių susidūrimą – galbūt net per vieną šimtmetį.

Nauja neįprastos šviesos, sklindančios iš blazaro tipo galaktikos „Mrk 501“, analizė leidžia manyti, kad jos centre gali būti ne viena, o dvi supermasyvios juodosios skylės. Tyrėjų teigimu, kiekviena jų galėtų formuoti savo didžiuliu greičiu lekiančią medžiagos čiurkšlę.

Tai dar nėra galutinis įrodymas, tačiau, anot Vokietijoje esančio „Max Planck“ radijo astronomijos instituto astronomės Silke Britzen vadovaujamos komandos, šis paaiškinimas šiuo metu geriausiai atitinka keistą galaktikos elgesį.

Jei hipotezė pasitvirtins, tai reikštų, kad mokslininkai priartėjo prie vieno geidžiamiausių kosmologijos laimikių – pirmojo supermasyvių juodųjų skylių susiliejimo stebėjimo. Tokios juodosios skylės gali būti nuo milijonų iki milijardų kartų masyvesnės už Saulę.

„Iki šiol blazaro branduolyje tiesioginiu vaizdinimu nebuvo aptikta dvigubos čiurkšlės sistema. Todėl šiame darbe pranešame apie pirmą tokios sistemos aptikimą, leidžiantį daryti išvadą, kad šio blazaro branduolyje gali būti supermasyvių juodųjų skylių dvejetinė sistema“, – rašo S. Britzen ir kolegos.

Manoma, kad supermasyvios juodosios skylės slypi beveik kiekvienos didesnės galaktikos centre – tai gravitacinis „branduolys“, apie kurį sukasi visa likusi galaktika. Šie milžinai gali pasiekti milžiniškas mases, o jų kilmė ir augimo mechanizmai kelia nemažai klausimų.

Vienas svarbiausių – kaip jos tampa tokios didelės. Žvaigždinės masės juodosios skylės susidaro žlugus masyvių mirštančių žvaigždžių branduoliams. Žinome, kad tokios juodosios skylės gali susilieti ir sudaryti didesnes, tačiau keliai, vedantys į milijonus kartų už Saulę masyvesnius objektus, išlieka daug paslaptingesni.

Situaciją apsunkina tai, kad šiuo metu neturime pakankamai jautrių priemonių patikimai aptikti gravitacinių bangų, kylančių iš vieno supermasyvių juodųjų skylių susiliejimo. Būtent toks signalas būtų vienas geriausių būdų suprasti, kaip šie objektai auga susijungdami.

Vis dėlto supermasyvios juodosios skylės dažnai išduoda save. Jos gali ryti milžiniškus medžiagos kiekius, kurie sukasi aplinkui akreciniame diske, įkaista ir intensyviai švyti.

Dalis įkrentančios medžiagos, nukreipta magnetinių laukų, gali būti išmetama išilgai polių kaip plazmos čiurkšlės, ryškiai matomos radijo diapazone. Tiek švytintis diskas, tiek čiurkšlės astronomams yra aiškus ženklas, kad galaktikos centre veikia aktyvi supermasyvi juodoji skylė.

Taip pat žinoma, kad galaktikos susiduria ir jungiasi, o jų centruose esančios supermasyvios juodosios skylės ilgainiui yra „pritraukiamos“ viena prie kitos. Yra aptikta susiliejimų pasekmių, kai vienos galaktikos centre matomos dvi ar net daugiau supermasyvių juodųjų skylių, įkalintų spiralinėje orbitoje, kuri galiausiai turėtų baigtis susijungimu.

„Mrk 501“ yra maždaug už 464 mln. šviesmečių. Astronomai jau anksčiau įtarė, kad ši galaktika gali slėpti dvejetinę supermasyvių juodųjų skylių sistemą.

Tačiau ji yra blazaras – objektas, kurio reliatyvistinė čiurkšlė nukreipta beveik tiesiai į Žemę. Dėl to galaktika itin ryški visame elektromagnetiniame spektre, o jos branduolio detalus tyrimas tampa sudėtingesnis.

S. Britzen komanda pasitelkė itin didelės skiriamosios gebos radijo teleskopus ir stebėjo, kaip per skirtingus radijo bangų ilgius kinta „Mrk 501“ centro struktūra. Stebėjimai truko apie 23 metus – tai leido sekti ryškias čiurkšlės detales laikui bėgant.

Pagal užfiksuotus pokyčius mokslininkai bandė atkurti, kaip arti galaktikos „centrinio variklio“ juda medžiaga. Tuomet išryškėjo keistas dėsningumas: duomenys tarsi rodė antrą, silpnesnę čiurkšlę, kuri, regis, prieš laikrodžio rodyklę „apsisuka“ aplink radijo branduolį.

„Vertinti duomenis buvo tarsi būti laive. Visa čiurkšlių sistema juda. Dviejų juodųjų skylių sistema tai gali paaiškinti: svyruoja orbitos plokštuma“, – teigė S. Britzen.

Tyrėjai sumodeliavo stebėtą judėjimą ir padarė išvadą, kad jį paprasčiau paaiškinti antrąja supermasyvia juodąja skyle. Jie identifikavo du ryškio svyravimo periodus. Vienas siekė septynerius metus ir, mokslininkų vertinimu, atitiko čiurkšlių sistemos „svyravimą“ – panašiai kaip besisukančio vilkelio klibėjimas.

Kitas periodas buvo maždaug 121 diena. Tyrėjai teigia, kad jis galėtų atitikti dviejų juodųjų skylių orbitinį periodą, jei jos būtų atskirtos 250–540 kartų didesniu atstumu nei Žemės ir Saulės atstumas. Tokiems masyviems objektams tai – itin mažas tarpas.

Šis atstumas sudaro tik mažą parseko dalį (1 parsekas yra apie 3,2 šviesmečio). Tai ypač įdomu dėl vadinamosios „paskutinio parseko problemos“: pagal teorinius modelius, juodosioms skylėms artėjant viena prie kitos, jų orbitinė energija perduodama aplinkinėms žvaigždėms ir dujoms, todėl atstumas mažėja.

Tačiau kai jos priartėja maždaug iki vieno parseko, aplinkoje gali nebelikti pakankamai medžiagos, galinčios toliau „atimti“ impulsą, ir artėjimas gali sustoti ilgam – net ilgesniam laikui, nei egzistuoja Visata.

Jei „Mrk 501“ iš tiesų turi dvejetinę supermasyvių juodųjų skylių sistemą, jų orbitinis atstumas, tyrėjų skaičiavimu, galėtų būti iki 0,0026 parseko. Tai reikštų, kad tokios poros gali įveikti ribą, kurią fizika laiko ypač sunkiai peržengiama.

Kadangi ši dar nepatvirtinta pora būtų taip arti viena kitos, laikas iki susidūrimo galėtų būti labai trumpas – mažiau nei 100 metų, teigia tyrėjai. Todėl „Mrk 501“ siūloma stebėti ir toliau, ypač pasitelkiant pulsarų laiko matavimo masyvus, kurie galėtų aptikti žemo dažnio gravitacines bangas, sklindančias iš tokios sistemos.

„Jei būtų aptiktos gravitacinės bangos, galėtume net pamatyti, kaip jų dažnis stabiliai didėja, dviem milžinams spirale artėjant prie susidūrimo. Tai būtų reta proga stebėti supermasyvių juodųjų skylių susiliejimą“, – sakė Nyderlanduose esančio „Radboud“ universiteto astronomas Héctor Olivares.

Tyrimo straipsnis priimtas publikuoti mokslo leidinyje Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.