„Nie spodziewamy się, by większość supermasywnych czarnych dziur miała się przemieszczać. Te zwykle zadowalają się siedzeniem w miejscu.”, wyjaśnił astronom Dominic Pesce z Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics. „Są one tak masywne, że trudno o cokolwiek, co miałoby wprawić je w ruch. Zastanów się, o ile trudniej jest rozpędzić kulę do kręgli niż piłkę nożną – zdając sobie w tym przypadku sprawę, że masa ‘kuli do kręgli’ jest kilka milionów razy większa niż masa naszego Słońca.”
Obiekty (niemal) nieuchwytne
Jak można się domyślić, nie łatwo było wykryć wędrującą supermasywną czarną dziurę. W końcu, obiekty te można znaleźć tylko w odległych zakątkach kosmosu, miliony, a nawet miliardy lat świetlnych stąd. W przypadku takich dystansów bardzo trudno jest wyizolować ruch jednego ciała na tle innych ciał w galaktyce, nawet jeśli mowa o czarnej dziurze.
Zespół naukowców, którym przewodził Pesce, stwierdził, że być może poszczęści im się, jeśli przeprowadzą obserwacje pewnego szczególnego typu galaktycznego jądra – megamasera. Megamaser to rodzaj aktywnej supermasywnej czarnej dziury, która posiada akrecyjny dysk składający się z gazu i pyłu spływającego na nią z pobliskich obiektów. Taki dysk generuje ogromne ilości ciepła i światła. Megamasery są jednak niezwykle jasne (w zakresie fal mikrofalowych) za sprawą dodatkowego czynnika – składnika w postaci cząsteczek takich substancji jak hydroksyl, woda, formaldehyd lub metin.
Korzystając z techniki zwaną interferometrią wielkobazową (ang. Very Long Baseline Interferometry, skrót VLBI), która łączy obserwacje z całej sieci anten radioteleskopów, w celu stworzenia jednej wielkiej wirtualnej anteny obserwacyjnej, prędkości megamaserów można zmierzyć z dużą precyzją. Badając w szczególności megamasery wodne, Pesce i jego współpracownicy mieli nadzieję, że uda im się zidentyfikować supermasywną czarną dziurę poruszającą się z inną prędkością, niż otaczająca ją galaktyka.
„Zadaliśmy pytanie: czy prędkości czarnych dziur są takie same jak prędkości galaktyk, w których się znajdują?”, powiedział Pesce. „Oczekujemy, że mają taką samą prędkość. Jeśli jest inaczej, oznacza to, że coś wpłynęło na czarną dziurę.”
Supermasywna czarna dziura w ruchu
Zespół przyjrzał się dokładnie 10 megamaserom, porównując dane na temat prędkości czarnych dziur oraz całych galaktyk. W przypadku dziewięciu z nich prędkości były ze sobą zgodne. Jedna z galaktyk, J0437+2456, zlokalizowana jakieś 228 milionów lat świetlnych z dala od ziemi, zaskoczyła astronomów.
Jak się okazuje, J0437+2456 posiada supermasywną czarną dziurę o masie około 3 milionów Słońc, która zdaje się przemieszczać przez Wszechświat z prędkością inną niż pozostałe części galaktyki, czyli przemieszcza się także przez nią samą. Supermasywna czarna dziura przemierza J0437+2456 z prędkością 180 tysięcy kilometrów na godzinę. To tak, jakby chciała uciec z własnej galaktyki.
Dlaczego supermasywna czarna dziura przemieszcza się wewnątrz swojej galaktyki? Istnieje kilka potencjalnych wyjaśniać. Możliwe, że galaktyka właśnie wchodzi w interakcję z masywnym obiektem, takim jak inna galaktyka. Jej supermasywna czarna dziura mogła zderzyć się z inną supermasywną czarną dziurą, co wygenerowało odrzut, który wypchnął ją z jej pozycji.
Istnieje też szansa, że supermasywna czarna dziura tworzy parę binarną z innym obiektem, którego nie widzimy. Te mogą krążyć w jądrze galaktyki wokół wspólnego środka ciężkości.
„Mimo wszelkich oczekiwań, że te powinny być często spotykane, dotychczas naukowcom nie udało się potwierdzić istnienia żadnego przykładu podwójnych supermasywnych czarnych dziur.”, stwierdził Pesce. „To, co widzimy w galaktyce J0437+2456 może być właśnie taką parą czarnych dziur.”
W przyszłości zespół astronomów planuje prowadzić jeszcze więcej obserwacji galaktyki J0437+2456. Być może wtedy uda im się rozwiązać zagadkę dziwnego zachowania jej samej i jej supermasywnej czarnej dziury.
Źródło: Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics, fot. tyt. Canva