Czarna dziura zapętla się między galaktykami, pozostawiając za sobą gwiazdy – Ars Technica

Jeśli zobaczysz podobną linię na jednym ze swoich zdjęć, prawdopodobnie powinieneś poświęcić kilka minut na wyczyszczenie obiektywu. Ale w tym przypadku smuga była na zdjęciu wykonanym przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a, na który nie ma wpływu schmutz, jaki codzienne życie pozostawia na urządzeniach podłączonych do Ziemi. Dlatego zespół naukowców postanowił dowiedzieć się, co może oznaczać długi, cienki rozmaz.

Nadal nie są pewni, ale najlepszym wyjaśnieniem wydaje się być przebudzenie pozostałe po supermasywnej czarnej dziurze, która została wystrzelona z galaktyki, która ją kiedyś gościła. Jego wyzwolenie jest prawdopodobnie spowodowane dwoma dodatkowymi supermasywnymi czarnymi dziurami, które połączyły się w wyniku połączenia galaktyk. Jeśli to prawda, byłby to pierwszy przykład takiego zachowania, jaki kiedykolwiek widzieliśmy.

Co to jest?

W czasach aparatów na kliszę, kiedy między zrobieniem zdjęcia a wywołaniem mogły upłynąć miesiące, a nawet lata, nie było niczym niezwykłym, że robiąc nowo wywołany materiał filmowy, zastanawiałeś się, co uchwyciłeś na zdjęciu. Niemal można usłyszeć echo tamtych dni w opisie astronomów, którzy widzieli rozmaz na jednym z obrazów z Hubble’a: „Cienka, prawie prosta linia była łatwo widoczna w wizualnej ocenie jakości danych”.

Bliższe spojrzenie ujawniło, że linia rozciąga się w kierunku nieco dziwnie wyglądającej galaktyki. „Nigdy wcześniej nie spotkaliśmy się z czymś takim na naszych własnych obrazach ani w literaturze, więc zdecydowaliśmy się włączyć tę funkcję do naszego planu monitorowania Tabeli Kecka”. [telescope] Istnienie.”

Bazując na przesunięciu ku czerwieni światła z obiektu, oba obiekty i galaktyka znajdują się mniej więcej w tej samej odległości od Ziemi, co wskazuje, że są ze sobą powiązane. Naukowcy szacują, że linia ma długość około 200 000 lat świetlnych. Podczas gdy supermasywne czarne dziury w centrum galaktyk mogą emitować dżety materii przez długi czas (a nawet dłużej), dżety te mają tendencję do rozprzestrzeniania się w miarę oddalania się od galaktyki. W tym przypadku linia była cienka na całej swojej długości.

Spojrzenie na emitujące gwiazdy w smugi wskazuje, że generalnie gwiazdy stają się młodsze, gdy poruszają się w dół smugi i oddalają się od galaktyki. Łącząc wszystko razem, wydaje się, że linia zaczęła się formować około 40 milionów lat temu, a od tego czasu jej koniec stopniowo oddala się od galaktyki z prędkością około 1600 kilometrów na sekundę.

stare teorie

Jednym z możliwych wyjaśnień tego ruchu jest to, że galaktyka wyrzuciła supermasywną czarną dziurę. Jest to nieuniknione z powodu dwóch obserwacji: prawie wszystkie galaktyki wydają się mieć supermasywną czarną dziurę w swoim jądrze, a większość galaktyk powstaje w wyniku wielu połączeń. W rezultacie supermasywne czarne dziury galaktyk sprzed połączenia ostatecznie zderzą się ze sobą. Istnieją dwa sposoby, które mogą prowadzić do wydalenia. Jednym z nich jest to, że jeśli dwie z tych supermasywnych czarnych dziur ulegną fuzji, w której wytwarzanie energii grawitacyjnej jest nierówne, może to nadać impuls kierunkowy produktowi powstałemu po fuzji.

Alternatywna droga do eksmisji ma miejsce, jeśli jedna lub więcej galaktycznych fuzji nastąpi w stosunkowo szybkich (w kategoriach astronomicznych) fuzjach, wtedy możliwe jest, że nie wszystkie centralne czarne dziury jeszcze się połączyły. W takich przypadkach trzy lub więcej z tych olbrzymów mogłoby krążyć wokół siebie, umożliwiając interakcjom grawitacyjnym ściągnięcie jednego z nich.

Wykonaliśmy wiele modeli tego rodzaju interakcji, więc całkiem dobrze rozumiemy proces wydalania. To, czego nie mamy, to naprawdę dobre zrozumienie tego, co może się stać, gdy czarna dziura opuści galaktykę. Okazuje się, że zaczęliśmy to projektować w latach 70. z niewłaściwych powodów. Ludzie sugerowali, że wyrzucone centralne czarne dziury mogą być sposobem na wyjaśnienie masowych wybuchów kwazarów, sugerując, że kwazary nie były daleko ani nie były jasne. Okazało się jednak, że to kwazary On był Naprawdę jasne, więc cały tok myślenia okazał się błędny i pomysł szybko upadł.

Modele wskazują, że prawie wszystko w procesie będzie interesujące. Po pierwsze, wyrzucona czarna dziura zachowała otoczkę gwiazd towarzyszących, które znajdowały się w jądrze galaktyki sprzed połączenia. Po wyrzuceniu powłoka ta byłaby porównywalna wielkością do dużej gromady kulistej lub bardzo małej galaktyki karłowatej. Ale gwiazdy w środku poruszały się niewiarygodnie szybko, ponieważ krążyły wokół supermasywnej czarnej dziury.

Jeśli wyrzucona gromada – zwana wysokociśnieniowym układem gwiezdnym – napotka część gazu po opuszczeniu galaktyki, wytworzy falę uderzeniową w gazie, co może wyjaśniać, dlaczego wierzchołek smugi jest jej najjaśniejszym punktem. W ślad za tym gaz zapadnie się w pustkę pozostawioną przez fale uderzeniowe i rozpocznie rundę formowania się gwiazd. To dokładnie wyjaśnia postęp starszych gwiazd w kierunku galaktycznym.

Z drugiej strony

Tak więc, przynajmniej z grubsza, ogólny zarys tej linii wygląda jak masywna supermasywna czarna dziura oddalająca się od swojego dawnego domu. Istnieją jednak dwa problemy inne niż fakt, że modele tak naprawdę nie były aktualizowane od dziesięcioleci, a nasze zrozumienie kosmologii i mocy obliczeniowej od tego czasu wzrosło wykładniczo.

Być może największym problemem jest to, że coś wydaje się znajdować po drugiej stronie galaktyki w stosunku do lokalizacji linii. Nie jest tak daleko od galaktyki jak koniec linii i nie ma linii gwiazd łączącej ją z galaktyką. Ale jednocześnie wydaje się, że w pobliżu znajdują się wstrząsy jonizujące, a rozproszony ślad zjonizowanej materii wraca do galaktyki.

Dlatego, jeśli jest to również supermasywna czarna dziura, musi być nawet cięższa niż ta wyrzucona wzdłuż linii, ponieważ wydaje się, że porusza się powoli (przy założeniu, że oba obiekty zostały wyrzucone w tym samym czasie). I muszą podróżować przez różne materiały, ponieważ nie prowadzą do tego samego rodzaju formowania się gwiazd.

Najbardziej problematyczne jest to, że nie ma oczywistego sposobu wyrzucenia drugiej czarnej dziury w tym samym czasie, ale w przeciwnym kierunku. Najprostszy mechanizm wyrzucania obejmuje trzy czarne dziury, jedną wyrzuconą, a dwie pozostałe w jądrze galaktyki. Możliwe jest, że te dwa elementy połączą się i otrzymają kopnięcie grawitacyjne z połączenia, ale jest mało prawdopodobne, aby wysłało to kopnięcie w jakimkolwiek określonym kierunku – jednak obiekt ten oddaliłby się bezpośrednio od wyrzuconej czarnej dziury. Możliwe jest wyrzucenie wszystkich trzech czarnych dziur, ale wymagałoby to, aby wszystkie miały podobną masę – co nie jest szczególnie prawdopodobne.

Tak więc na razie naukowcy wstępnie sugerują, że ten trzeci obiekt to kolejny wysoce skompresowany układ gwiezdny z dwiema supermasywnymi czarnymi dziurami; Oczywiście coś, co wymaga więcej notatek.

Ale dotyczy to całego regionu. Poza linią znajduje się jeszcze jeden obiekt, który wydaje się przypadkowo ustawiać w jednej linii, ale nie zostało to potwierdzone. Podczas gdy astronomom udało się uzyskać czas teleskopu na przyjrzenie się linii, nie wyciągnęli z tego wiele, a dużo można zdziałać przy głębszych ekspozycjach i większej analizie widmowej. Mamy więc nadzieję, że dłuższe spojrzenie da nam lepsze wyobrażenie o tym, na co patrzymy.

Astrophysical Journal Letters, 2023. DOI: 2041-8213/acba86 (o DOI).