To odkrycie można śmiało nazwać kosmicznym cudem techniki. Po dziesięcioleciach hipotez, obserwacji i analiz, naukowcom udało się wreszcie zobaczyć coś, co dotąd istniało tylko w teorii: dwie supermasywne czarne dziury krążące wokół siebie. Ten niezwykły duet znajduje się w sercu kwazaru OJ287, oddalonego od nas o około 5 mld lat świetlnych w kierunku konstelacji Raka.
OJ287 to jeden z najjaśniejszych kwazarów znanych astronomom. Kwazary to obszary w centrach galaktyk, gdzie potężne czarne dziury pochłaniają materię z taką intensywnością, iż gaz i pył rozgrzewają się do milionów stopni i świecą jaśniej niż cała galaktyka razem wzięta.
Ale ten przypadek jest wyjątkowy. W samym środku OJ287 nie znajduje się jedna czarna dziura, ale dwie, tańczące wokół siebie w niezwykle ciasnym układzie. Każda z nich ma masę liczoną w miliardach mas Słońca.
Wyniki badań, którym przewodził Uniwerystet w Turku w Finlandii, zostały opublikowane w czasopiśmie Astrophysical Journal.
Potwierdzenie, na które czekała nauka
Kwazar OJ287 jest tak jasny, iż mogą go wykryć choćby astronomowie amatorzy z prywatnymi teleskopami. Cechą szczególną OJ287 jest to, iż uważa się, iż kryje w sobie nie jedną, a dwie czarne dziury krążące wokół siebie po dwunastoletniej orbicie, co powoduje łatwo rozpoznawalny wzór zmian jasności w tym samym okresie – mówi główny autor artykułu, Mauri Valtonen z Uniwersytetu w Turku w Finlandii.
Dwie czarne dziury krążące wokół siebie w kwazarze OJ287. Po lewej stronie znajduje się diagram teoretyczny, obliczony przez Lankeswara Deya, pokazujący położenie czarnych dziur i emitowanych przez nie dżetów w momencie wykonania zdjęcia. Po prawej stronie znajduje się fragment zdjęcia wykonanego przez system, w tym satelitę RadioAstron, na którym dwie dolne jasne plamy to emisja radiowa pochodząca z dwóch czarnych dziur, a górna plama to dżet mniejszej czarnej dziury. Jest on przedstawiony linią przerywaną na diagramie po lewej stronie, a czarne dziury – kropkami.Najwcześniejsze obserwacje OJ287 można prześledzić na starych fotografiach aż do XIX wieku, kiedy to astronomowie po raz pierwszy sfotografowali omawiany obszar nieba. Wówczas jednak nie do pomyślenia było istnienie czarnych dziur, a tym bardziej kwazarów.
OJ287 został przypadkowo uwzględniony na zdjęciach, gdy astronomowie skupiali się na innych obiektach. Aimo Sillanpää , który był wówczas studentem studiów magisterskich na Uniwersytecie w Turku, zauważył już w 1982 r., iż jasność obiektu zmieniała się regularnie w ciągu 12 lat. Kontynuował badania OJ287 jako badacz uniwersytecki, zakładając, iż zmiany jasności były spowodowane przez dwie czarne dziury krążące wokół siebie. Setki astronomów intensywnie monitorowało kwazar, aby sprawdzić, czy teoria jest poprawna i uzyskać pełny obraz ruchu orbitalnego czarnych dziur.
Zagadkę orbity ostatecznie rozwiązał cztery lata temu doktorant Lankeswar Dey z Mumbaju w Indiach, pracujący na pół etatu na Uniwersytecie w Turku. Pozostało jedynie pytanie, czy obie czarne dziury można wykryć jednocześnie.
Odpowiedzi udzielił satelita TESS NASA, który wykrył światło z obu czarnych dziur. przez cały czas były one jednak widoczne tylko jako pojedynczy punkt, ponieważ zdjęcia wykonane w świetle normalnym nie mają wystarczająco wysokiej rozdzielczości, aby pokazać czarne dziury oddzielnie. Potrzebny był obraz o 100 000 razy wyższej rozdzielczości, co jest możliwe dzięki radioteleskopom.
Więcej na Spider’s Web:
Zdjęcie, które zapisze się w historii
W najnowszym badaniu astronomowie porównali wcześniejsze obliczenia teoretyczne z obrazem radiowym. Dwie czarne dziury znajdowały się na zdjęciu, dokładnie tam, gdzie ich oczekiwano. Dało to naukowcom odpowiedź na pytanie, które pozostawało otwarte przez 40 lat: czy pary czarnych dziur w ogóle istnieją.
Po raz pierwszy udało nam się uzyskać obraz dwóch czarnych dziur krążących wokół siebie. Na zdjęciu czarne dziury są identyfikowane po emitowanych przez nie intensywnych strumieniach cząstek. Same czarne dziury są idealnie czarne, ale można je wykryć dzięki tych strumieni lub świecącego gazu otaczającego dziurę – mówi Valtonen.
Naukowcy zidentyfikowali również zupełnie nowy rodzaj strumienia emitowanego z czarnej dziury. Strumień wydobywający się z mniejszej czarnej dziury jest skręcony jak strumień z obracającego się węża ogrodowego.
Dzieje się tak, ponieważ mniejsza czarna dziura porusza się gwałtownie wokół głównej czarnej dziury w OJ287, a jej strumień zmienia kierunek w zależności od aktualnego ruchu. Naukowcy porównują to do „merdającego ogona”, który powinien być widoczny w różnych kierunkach w nadchodzących latach, gdy mniejsza czarna dziura zmieni swoją prędkość i kierunek ruchu.
Obraz dwóch czarnych dziur został zarejestrowany dzięki systemu radioteleskopów, w którego skład wchodził satelita RadioAstron. Działał on dekadę temu, kiedy wykonano obraz OJ287. Antena radiowa satelity dotarła do połowy drogi na Księżyc, co znacznie poprawiło rozdzielczość obrazu. W ostatnich latach mogliśmy korzystać tylko z teleskopów naziemnych, gdzie rozdzielczość obrazu nie jest tak dobra – mówi Valtonen.
Kosmos wciąż potrafi nas zaskakiwać
Po ponad stu latach obserwacji, po tysiącach godzin pracy teleskopów i analizie terabajtów danych, naukowcy zrobili coś, co jeszcze niedawno wydawało się niemożliwe, sfotografowali podwójną czarną dziurę w tańcu.
To przypomnienie, iż choćby po miliardach lat istnienia Wszechświata, wciąż odkrywamy jego nowe oblicza. I iż w tym niekończącym się kosmicznym spektaklu najciekawsze sceny dopiero przed nami.
