Astronomowie po raz pierwszy jednoznacznie zarejestrowali supermasywną czarną dziurę wyrzuconą ze swojej galaktyki, poruszającą się z zawrotną prędkością 3,5 miliona kilometrów na godzinę (1000 kilometrów na sekundę). Odkrycie dokonane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) potwierdza wcześniej teoretyczne zjawisko: czarne dziury mogą zostać siłą wyrzucone z uścisku grawitacyjnego swoich galaktyk macierzystych. Ta wyrzucona czarna dziura, o masie dziesięć milionów razy większej od naszego Słońca, pędzi przez parę galaktyk Kosmicznej Sowy, pozostawiając po sobie widoczny ślad zakłóconej materii.
Pierwsza potwierdzona ucieczka
Uciekająca czarna dziura została po raz pierwszy zidentyfikowana przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a w 2023 roku. Kluczem była dziwna smuga światła, której nie można było wytłumaczyć żadnym znanym mechanizmem… jeszcze. Obserwacje JWST potwierdziły, że smuga ta jest w rzeczywistości falą uderzeniową spowodowaną ekstremalną prędkością czarnej dziury. Wypycha galaktyczny „front uderzeniowy” materii do przodu, ciągnąc za sobą ogon 200 000 lat świetlnych, w którym gromadzi się gaz i powoduje powstawanie gwiazd.
„Siły wymagane do wyrzucenia tak masywnej czarnej dziury są ogromne, ale przewidywano, że takie ucieczki będą miały miejsce” – mówi Peter van Dokkum z Uniwersytetu Yale, kierownik zespołu. Ta czarna dziura znajduje się obecnie 230 000 lat świetlnych od swojej macierzystej galaktyki.
W jaki sposób czarne dziury stają się uciekinierami?
Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest to, że czarna dziura została wyrzucona podczas łączenia się galaktyk. Kiedy dwie galaktyki się połączą, ich centralne supermasywne czarne dziury w końcu zaczną zbliżać się do siebie spiralnie. Do wybuchu może dojść na dwa główne sposoby:
- Połączenie czarnych dziur: Dwie czarne dziury zderzają się, uwalniając intensywne fale grawitacyjne, które powodują potężne „pchnięcie” połączonych czarnych dziur. Ten wstrząs może być na tyle silny, że całkowicie ją wyrzuci.
- Interakcja trzech ciał: Jeśli jedna z galaktyk zawiera już układ podwójny czarnych dziur, nadchodząca czarna dziura z drugiej galaktyki zdestabilizuje układ. Następnie jedna z trzech czarnych dziur zostaje gwałtownie wyrzucona.
Zespół uważa, że pierwszy scenariusz – fuzja, po której następuje potężne wstrząsy – jest najbardziej prawdopodobną przyczyną tego konkretnego uciekiniera.
Fala uderzeniowa i powstawanie gwiazd
Ekstremalna prędkość czarnej dziury kompresuje otaczający gaz w falę uderzeniową, powodując powstawanie gwiazd na jej drodze. Proces ten tworzy ślad nowych gwiazd o łącznej masie około 100 milionów mas Słońca. Odkrycie ujawnia zupełnie nowy mechanizm powstawania gwiazd: narodziny gwiazd w pozornie pustej przestrzeni, z dala od jakichkolwiek galaktyk.
Co to oznacza na przyszłość?
Łączenie się galaktyk jest powszechne, co oznacza, że powszechne mogą być również uciekające supermasywne czarne dziury. Odkrycie to otwiera drzwi do poszukiwania większej liczby takich bezpańskich obiektów, które mogą mieć znaczący wpływ na inne galaktyki, z którymi się zderzają. Zderzenie z inną galaktyką spowodowałoby spektakularną falę uderzeniową, ściskającą gaz i tworzącą nowe gwiazdy na masową skalę.
Na szczęście, oddalona od nas o 9 miliardów lat świetlnych, Kosmiczna Sowa jest zbyt daleko, aby stanowić zagrożenie dla naszej galaktyki. Zespół planuje teraz wykorzystać przyszłe teleskopy, takie jak J. Romana i Euclid, do poszukiwania dodatkowych uciekających czarnych dziur.
„Wszystko w tym badaniu mnie zaskoczyło… potwierdzenie go za pomocą JWST było niesamowite” – mówi van Dokkum. Odkrycie potwierdza, że ucieczki czarnych dziur, niegdyś teoretyczne, są realnym zjawiskiem we Wszechświecie, zmieniającym nasze rozumienie ewolucji galaktyk.
