Korzystając z teleskopu Hubble’a, naukowcy przypadkowo odkryli wyrzuconą czarną dziurę, która wymusza powstawanie gwiazd

W całym wszechświecie supermasywne czarne dziury można znaleźć w centrach masywnych galaktyk rozciągających się na dziesiątki lat świetlnych. Jednak za pomocą Hubble’a zespół naukowców odkrył supermasywną czarną dziurę, która wydaje się być wyrzucona ze swojej galaktyki. Czarna dziura, która ma masę około 20 milionów razy większą od masy Słońca, porusza się niewiarygodnie szybko – tak szybko, że może pokonać odległość między Ziemią a Księżycem w zaledwie 14 minut.

Co więcej, gdy czarna dziura podróżuje w kosmosie, zderza się z gazem przed nią. Kiedy czarna dziura kompresuje gaz, rozpoczyna się formowanie gwiazd i powstają nowe, gorące, niebieskie gwiazdy – pozostawiając 200 000 lat świetlnych gwiazd za czarną dziurą. Ślad gwiazd jest tak jasny, ponieważ prawdopodobnie zawiera bardzo dużą ilość młodych gwiazd, a jego jasność jest mniej więcej o połowę mniejsza niż jasność galaktyki macierzystej czarnej dziury. Naukowcy nigdy nie zaobserwowali czegoś takiego, a obserwacje z Hubble’a pomagają naukowcom zrozumieć właściwości czarnych dziur i ich wpływ na otaczające je środowisko.

W obserwacjach Hubble’a ślad gwiazd wydaje się być pojedynczym, cienkim łańcuchem światła rozciągającym się od jednej z galaktyk. Czarna dziura pędzi przez przestrzeń na jednym końcu pióropuszu, gdzie znajduje się również bardzo jasna plama zjonizowanego tlenu; Zespół naukowców jest przekonany, że ta jasna plama gazu jest spowodowana ruchem czarnej dziury zderzającej się z gazem, szybko wstrząsając gazem i podgrzewając go do ekstremalnych temperatur. Plama gazu może być również promieniowaniem z dysku akrecyjnego otaczającego czarną dziurę.

Zdjęcie z Hubble’a przedstawiające uciekającą czarną dziurę i ślad gwiazd w odległości 200 000 lat świetlnych. (Źródło: NASA/ESA/Peter van Dokkum (Yale)/Joseph DiPasquale (STScI))

Sądzimy, że jesteśmy świadkami przebudzenia za czarną dziurą, gdy gaz ochładza się i jest w stanie tworzyć gwiazdy. „Więc patrzymy na formowanie się gwiazd, które podążają za czarną dziurą” – wyjaśnił Peter van Dokkum z Yale University w New Haven, Connecticut.

„Gaz przed nim zostaje zszokowany przez to naddźwiękowe uderzenie i dużą prędkość czarnej dziury poruszającej się w gazie. Dokładnie nie wiadomo, jak to działa” – powiedział Van Dokkum.

Jak wspomniano, zjawisko to nie było wcześniej obserwowane przez naukowców, Van Dokkum et al. Po prostu natknęli się na ślad gwiazd podczas poszukiwania gromad kulistych w galaktyce karłowatej w pobliżu śladu gwiazd, kiedy zauważyli ślad na jednym ze zdjęć z Hubble’a.

„To czysty przypadek, że go znaleźliśmy. Właśnie przeglądałem obraz z Hubble’a i zauważyłem, że mamy małą smugę. Natychmiast pomyślałem: „Och, promień kosmiczny uderza w nasz detektor kamery i powoduje artefakt obrazowania linii”. usunęliśmy promienie kosmiczne, o których zdaliśmy sobie sprawę, że nadal tam są. „Nie przypominał niczego, co widzieliśmy wcześniej” – powiedział Van Dokkum.

Kiedy van Dokkum i in. Zauważywszy ślad na swoich zdjęciach, zdecydowali się przeprowadzić obserwację widmową za pomocą Obserwatorium Ziemi WM Keck na Hawajach. Dzięki tym nowym obserwacjom zespół ustalił, że ślad był prawdopodobnie wynikiem wyrzucenia supermasywnej czarnej dziury przez zewnętrzne halo gazowe galaktyki macierzystej.

Jednak w jaki sposób obiekt tak masywny i intensywny jak supermasywna czarna dziura zostaje wyrzucony z galaktyki macierzystej?

Galaktyka macierzysta wyrzuconej czarnej dziury jest wynikiem zderzenia dwóch galaktyk około 50 milionów lat temu. Biorąc pod uwagę, że obie galaktyki miały supermasywne czarne dziury w swoich centrach, dwie czarne dziury zaczęły krążyć wokół siebie, stając się układem podwójnym czarnych dziur.

Następnie trzecia galaktyka zderzyła się z pozostałościami pierwszego zderzenia, tworząc trzecią czarną dziurę w podwójnym układzie czarnych dziur. Podobnie jak w przypadku większości układów trójciałowych, pojawienie się trzeciej czarnej dziury spowodowało znaczące przesunięcie w równowadze układu, czyniąc go wyjątkowo niestabilnym i chaotycznym. Następnie jedna z trzech czarnych dziur nabrała dużego rozpędu od innych czarnych dziur, co spowodowało, że czarna dziura opuściła galaktykę. Podwójny układ czarnych dziur może nadal istnieć nawet po wyrzuceniu jednej z czarnych dziur, przy czym trzecia czarna dziura prawdopodobnie zajmie miejsce jednej z czarnych dziur w pierwotnym układzie podwójnym.

Jednak gdy jedna czarna dziura została wyrzucona, inne czarne dziury zostały wyrzucone w przeciwnym kierunku, co oznacza, że ​​galaktyka macierzysta może nie mieć supermasywnej czarnej dziury w swoim centrum. Obserwacje Hubble’a potwierdzają to założenie, ponieważ w jądrze galaktyki macierzystej nie znaleziono żadnych śladów aktywnej czarnej dziury ani podwójnego układu czarnych dziur.

Zespoły badawcze planują obecnie dalsze obserwacje wyrzuconej czarnej dziury, jej śladu gwiezdnego i galaktyki macierzystej przy użyciu połączonego teleskopu NASA/ESA/CSA Jamesa Webba Space Telescope i należącego do NASA obserwatorium rentgenowskiego Chandra. Zespoły mają nadzieję, że dalsze obserwacje zapewnią większe poparcie dla ich hipotezy i pokażą więcej właściwości śladu gwiazd.

🆕 Hubble uchwycił dziwną liniową cechę, tak niezwykłą, że po raz pierwszy odrzucono ją jako artefakt obrazowania z kamer Hubble’a. Czegoś takiego nigdy nie widziano we wszechświecie. 😲 Więcej tutaj: https://t.co/5SkmKrIndN I 🧵👇 pic.twitter.com/OOHuDgTRf8

– HUBBLE (HUBBLE_przestrzeń) 6 kwietnia 2023 r

Ponadto nadchodzący Rumuński Teleskop Kosmiczny Nancy Grace NASA, który ma ultraszerokie pole widzenia do precyzyjnych przeglądów głębokiego nieba za pomocą Hubble’a, pozwoli naukowcom szukać większej liczby potencjalnych śladów gwiazd i czarnych dziur. Według Van Dokkuma naukowcy prawdopodobnie będą musieli skorzystać ze specjalnie zaprojektowanych algorytmów uczenia maszynowego, aby wyszukiwać ślady o dziwnych kształtach, ponieważ zidentyfikowanie tych śladów wśród ogromnego morza gwiazd i galaktyk byłoby zbyt trudne dla małej grupy. uczonych.

Badania van Dokkuma i wsp. zostały opublikowane 6 kwietnia br Listy z dziennika astrofizycznego .

(Górne zdjęcie: artystyczne przedstawienie wyrzuconej czarnej dziury pozostawiającej w tle ślad gwiazd i galaktyki macierzystej. Źródło: NASA/ESA/Leah Hustak (STScI))