Astronomové změřili nejtěžší pár černých děr (B2 0402+379) ve vesmíru

Téměř každá velká galaxie má ve svém středu supermasivní černou díru. Pokud dvě galaxie fúzují, jejich černé díry mohou vytvořit binární soustavu. To znamená, že jsou na společné oběžné dráze. Předpokládá se, že tento pár je určen k tomu, aby se sloučil. Toto ale nebylo nikdy pozorováno. Přestože existují důkazy, že se supermasivní černé díry k sobě přibližují na několik světelných let, tak se zdá, že žádná z nich nebyla schopna překonat tuto konečnou vzdálenost. Otázkou je, je-li to vůbec možné. O problému konečného parseku diskutují astrofyzici celá desetiletí.

V nedávno publikovaném článku v The Astrophysical Journal představil tým astronomů nový pohled na tuto otázku. Tým využil dat z dalekohledu Gemini North na Havaji k analýze páru supermasivních černých děr v eliptické galaxii B2 0402+379. Tento pár byl studován dostatečně podrobně, aby bylo možné vidět oba objekty odděleně. Dříve studované páry byly od sebe vzdáleny tisíce světelných let - příliš daleko na to, aby mohly vytvořit binární systém vázaný na společné oběžné dráze.

Pár černých děr v galaxii B2 0402+379 drží dosavadní rekord pro nejmenší vzdálenost, která činí pouhých 24 světelných let. Přestože existují i jiné zdroje s binárními systémy supermasivních černých děr s ještě menšími možnými vzdálenostmi, tyto vzdálenosti byly odvozeny pouze z nepřímých pozorování, nikoliv z přímého měření jako u galaxie B2 0402+379. Proto je lze klasifikovat pouze jako kandidátní binární systémy. Teorie sice předpokládají sloučení, další studie odhalila, že pár černých děr byl v této vzdálenosti zastaven před více než třemi miliardami let. To vyvolává otázku, co brání jejich sloučení?

Aby tým lépe porozuměl dynamice tohoto systému a tomu, proč byla jejich fúze zastavena, podíval se na archivní data GMOS, která jim umožnila určit rychlosti hvězd v blízkosti černých děr a z toho odvodit celkovou hmotnost černých děr. Hmotnost studovaného páru supermasivních černých děr jim vyšla na neuvěřitelných 28 miliard hmotností Slunce. To z dvojice činí nejtěžší známý pár černých děr. Zjištění podporují teorii, že hmotnost černých děr hraje klíčovou roli při zastavení potenciální fúze. S touto hypotézou prvně přišel Bergelman s kol. v roce 1980.

Pochopení toho, jak binární systém vznikl, může pomoci předpovědět, zda-li dojde ke splynutí. A hned několik indicií naznačuje, že za vznikem binárního systému může docházet prostřednictvím vícenásobných sloučení galaxií. První je, že B2 0402+379 je "fosilní kupa", která vznikla sloučením celé kupy galaxií do jediné masivní galaxie. Přítomnost dvou supermasivních černých děr spolu s jejich velkou kombinovanou hmotností naznačuje, že vznikly sloučením několika menších černých děr z vícero galaxií.

Při splývání galaxií se supermasivní černé díry čelně nesrazí. Místo toho se začnou míjet, když se začínají usazovat na vázané oběžné dráze. Při každém těsném průchodu se jejich energie přenáší na okolní hvězdy. Jak černé díry ztrácejí energii, je pár tažen stále blíže ke gravitačnímu středu, až je od sebe dělí pouhé světelné roky, kdy vládu převezme gravitační záření a zapříčiní jejich fúzi. Tento proces byl přímo pozorován pouze u párů černých děr s hvězdnou hmotností. Vůbec první takovýto zaznamenaný případ pochází z roku 2015, kdy byl zaznamenán prostřednictvím detektorů gravitačních vln.

Nová zjištění přispívají k závěru, že by bylo zapotřebí výjimečně velkého počtu hvězd k dalšímu přiblížení supermasivních černých děr. Ty již ze svého vyvrhly téměř všechnu hmotu, takže jádro galaxie postrádá hvězdy a plyn. Vzhledem k tomu, že není žádný další materiál, který by zpomalil oběžnou dráhu páru, jejich přibližování se ve finální fázi zastavilo.

K dalšímu přiblížení dvojice černých děr by sice mohlo dojít díky splynutí s některou další galaxií, avšak vzhledem k tomu, že galaxie B2 0402+379 je fosilní kupa, další galaktická fúze je nepravděpodobná. Kdyby ale ke sloučení těchto supermasivních černých děr někdy v budoucnu přece jen někdy došlo, výsledné gravitační vlny by byly stomilionkrát silnější, než ty, které vznikají spojením černých děr hvězdných hmotností.

• Zdroj: Astronomers Measure Heaviest Black Hole Pair Ever Found