Velike galaksije poput naše su domaćini supermasivnim crnim rupama (SMBH). One mogu biti toliko masivne da se opiru razumevanju, a neke od njih imaju milijarde puta veću masu od Sunca.
Naš, po imenu Strelac A* (Sgr A*), je malo skromniji sa oko četiri miliona solarnih masa.
Astrofizičari su proučavali Sgr A* kako bi saznali više o njemu, uključujući njegovu starost. Kažu da je nastala pre oko devet milijardi godina.
SMBH su najzanimljiviji objekti Univerzuma. Toliko su masivni da njihova gravitaciona sila može uhvatiti svetlost. Okruženi su rotirajućim prstenom od materijala koji se zove akrecioni disk koji unosi materijal u rupu.
Kada se aktivno hrane, zovu se aktivna galaktička jezgra (AGN). Najsjajniji AGN se nazivaju kvazari i mogu zasjeniti čitave galaksije.
Kako naučnici mogu odrediti starost ovih zbunjujućih objekata? Kako mogu da nauče kada se formirala naša crna rupa, Sgr A*? Prikupljanjem podataka, njihovim sastavljanjem i pokretanjem simulacija.
Ovaj napor je ozbiljno započeo u aprilu 2017. godine kada je teleskop Event Horizon (EHT) posmatrao crnu rupu u centru galaksije M87. To je bio prvi put da smo videli sliku crne rupe, a ona je praćena 2022. godine kada je EHT posmatrao Sgr A*.
Novo istraživanje objavljeno u Nature Astronomi oslanjalo se na EHT zapažanja da bi se utvrdilo starost i poreklo Sgr A*. Naslov je „Dokaz o prošlom spajanju crne rupe Galaktičkog centra.“ Autori su Iihan Vang i Bing Zhang, oboje astrofizičari sa Univerziteta Nevada, Las Vegas.
Crne rupe rastu na dva načina. Vremenom nagomilavaju materiju i spajaju se. Astrofizičari veruju da je za formiranje SMBH potrebno spajanje galaksija, a Sgr A* se ne razlikuje. Verovatno je nastao spajanjem, iako takođe stvara materijal.
Sgr A* je neobičan. Brzo se okreće i neusklađen je u odnosu na Mlečni put. Ovo je dokaz prošlog spajanja, prema Vangu i Džangu, verovatno sa davno nestalom satelitskom galaksijom zvanom Gaia-Enceladus.
„Teleskop Horizont događaja (EHT) obezbedio je direktnu sliku SMBH Sgr A* u centru Mlečnog puta, što ukazuje da se verovatno brzo okreće sa svojom osom okretanja značajno neusklađenom u odnosu na ugaoni moment galaktičke ravni“, pišu autori u svom radu.
Par istraživača je koristio kompjuterske simulacije da bi modelirao kakav bi uticaj spajanje imalo na crnu rupu Mlečnog puta.
„Kroz istraživanje različitih modela rasta SMBH, ovde pokazujemo da pretpostavljena svojstva spina Sgr A* pružaju dokaz o prošlom spajanju SMBH“, pišu autori.
Njihov rad pokazuje da spajanje masenog odnosa 4:1 sa visoko nagnutom orbitalnom konfiguracijom može objasniti šta pokazuju EHT zapažanja Sgr A*.
„Inspirisani spajanjem Mlečnog puta i Gaia-Enceladusa, koji ima odnos mase 4:1 kako se zaključuje iz Gaia podataka, otkrili smo da je veliko spajanje SMBH od 4:1 sa uglom nagiba binarnog ugaonog momenta od 145- 180 stepeni u odnosu na liniju vida (LOS) može uspešno da ponovi izmerena svojstva spina Sgr A*“, objašnjavaju autori u svom radu.
„Ovo spajanje se verovatno dogodilo pre oko 9 milijardi godina, nakon spajanja Mlečnog puta sa galaksijom Gaja-Enceladus“, rekao je Zhang, ugledni profesor fizike i astronomije na UNLV-u i osnivački direktor Centra za astrofiziku u Nevadi.
„Ovaj događaj ne samo da pruža dokaze o hijerarhijskoj teoriji spajanja crnih rupa, već pruža i uvid u dinamičku istoriju naše galaksije.“
„Ovo otkriće otvara put našem razumevanju kako supermasivne crne rupe rastu i evoluiraju“, rekao je glavni autor Vang u saopštenju za štampu. „Neusklađeni visoki spin Sgr A* ukazuje na to da se možda spojio sa drugom crnom rupom, dramatično menjajući njenu amplitudu i orijentaciju spina.
„Ovaj događaj spajanja u našoj galaksiji pruža potencijalnu opservacionu podršku za teoriju hijerarhijskih spajanja BH u formiranju i rastu SMBH-a“, pišu autori u svom zaključku.
Kada se galaksije spoje, spajaju se i njihove centralne crne rupe. Iako je ovo uglavnom bilo teorijsko, opservatorije gravitacionih talasa otkrivaju sve veći broj spajanja crnih rupa.
Međutim, zbog frekventnog opsega naših opservatorija, oni su otkrili samo spajanja crnih rupa zvezdane mase. Spajanja SMBH bi proizvela mnogo niže frekvencije gravitacionih talasa koje su izvan opsega detektora kao što su LIGO/Virgo/KAGRA. Detektori sistema su preblizu jedan da bi otkrili niže frekvencije.
Autori takođe ukazuju na stope spajanja SMBH određene u drugim simulacijama kao što su Millenium Simulations, što sugeriše da bi moglo biti stotine ili hiljade svake godine u posmatranom Univerzumu.
„Pretpostavljena stopa spajanja, u skladu sa teorijskim predviđanjima, sugeriše obećavajuću stopu detekcije spajanja SMBH za svemirske detektore gravitacionih talasa za koje se očekuje da će raditi 2030-ih.
Postoje planovi za izgradnju objekata koji mogu otkriti ove niže učestalosti spajanja SMBH. ESA i NASA planiraju misiju pod nazivom LISA (Laser Interferometer Space Antenna) koja može da otkrije ove talase. LISA će se sastojati od tri svemirske letelice koje rade zajedno kao interferometar. Svaka svemirska letelica bila bi duga 2,5 miliona km.
SMBH su neki od najzagonetnijih objekata u Univerzumu i zastrašujući su za proučavanje. Međutim, čak i u odsustvu bilo kakvih dokaza gravitacionih talasa o spajanju SMBH, ovo istraživanje pomaže da se postavi pozornica za produbljivanje našeg razumevanja ovih spajanja kada se dogode.
