Astronomowie znaleźli dwie aktywne supermasywne czarne dziury w kompaktowym układzie typu zielony groszek. Każda ma masę około 20 mln Słońc.
Niewielka, intensywnie produkująca gwiazdy galaktyka skrywa nie jedną, ale dwie rosnące supermasywne czarne dziury. Każda ma masę około 20 mln Słońc. Astronomowie pierwszy raz potwierdzili taki duet w układzie typu zielonego groszku, który pod wieloma względami przypomina galaktyki istniejące we wczesnym Wszechświecie.
Dwie czarne dziury świecą w promieniach rentgenowskich
Obiekt nosi nazwę SDSS J162209.41+352107.5, w uproszczeniu J1622+3521. Znajduje się w odległości światła odpowiadającej miliardom lat podróży, a jego obraz od początku wyglądał podejrzanie. Zamiast jednego uporządkowanego centrum widać dwa jądra, otoczone nieregularnymi strukturami i delikatnymi smugami materii. To ślady trwającego łączenia galaktyk.
Samo dostrzeżenie dwóch jasnych punktów nie wystarcza jednak, żeby ogłosić odkrycie dwóch supermasywnych czarnych dziur. Podobny obraz mogą stworzyć obszary intensywnego powstawania gwiazd albo gaz gwałtownie wyrzucany z galaktyki.
Właśnie dlatego astronomowie wykorzystali obserwatorium rentgenowskie Chandra. Zobaczyło ono dwa oddzielne, silne źródła twardego promieniowania rentgenowskiego dokładnie w miejscach obu jąder widocznych w świetle.
Dzieli je około 8,4 kpc, czyli około 27 tys. lat świetlnych. To ogromna odległość w ludzkiej skali, ale nie w przypadku dwóch galaktyk znajdujących się w trakcie łączenia. Dla porównania dysk Drogi Mlecznej ma około 100 tys. lat świetlnych średnicy.
Każdy z tych potworów waży około 20 mln Słońc
Drugim krokiem były natomiast dokładne obserwacje przeprowadzone teleskopem Keck II na Hawajach. Widma obu jąder pokazały linie charakterystyczne dla gazu znajdującego się w otoczeniu aktywnej czarnej dziury.
Astronomowie zmierzyli też ich przesunięcie ku czerwieni. Wynik dla obu obiektów jest praktycznie identyczny, a różnica prędkości wynosi zaledwie około 7 km/s i mieści się w granicach niepewności pomiarowej. Nie mamy więc dwóch przypadkowych obiektów, które tylko z naszej perspektywy znalazły się blisko siebie na niebie. Oba należą do tego samego łączącego się systemu.
Jeszcze ciekawsze okazały się ich masy. Pierwsza czarna dziura ma około 20,4 mln mas Słońca, druga około 19,5 mln. Są więc niemal bliźniakami. Co więcej, obie naprawdę jedzą. Wokół czarnej dziury pochłaniającej materię tworzy się silnie rozgrzany dysk akrecyjny. Sam obiekt pozostaje czarny, ale gaz tuż przed zniknięciem za horyzontem zdarzeń może świecić niezwykle intensywnie. Powstaje w ten sposób aktywne jądro galaktyczne, czyli AGN.
Pierwsza z czarnych dziur pracuje przy około 66 proc. tzw. granicy Eddingtona, a druga przy około 29 proc. Granica Eddingtona określa w uproszczeniu tempo, przy którym ciśnienie promieniowania emitowanego przez pochłanianą materię zaczyna przeciwdziałać dalszemu jej napływowi. Obie czarne dziury rosną więc bardzo aktywnie.
Podwójny zielony groszek
Najważniejsza nie jest jednak liczba czarnych dziur. Pary supermasywnych czarnych dziur już znamy. Na naszym portalu opisywaliśmy już choćby układ NGC 7727, w którym dwie supermasywne czarne dziury dzieli zaledwie około 1600 lat świetlnych. Powstanie takich par jest naturalnym skutkiem zderzeń dużych galaktyk. Każda przynosi do nowego układu własną centralną czarną dziurę. J1622+3521 jest jednak wyjątkowa z innego powodu. Należy do galaktyk określanych jako zielone groszki.
Nazwa ta bierze się z wyglądu tych obiektów. Są bardzo małe i zwarte, a silna emisja z podwójnie zjonizowanego tlenu sprawiała, iż na obrazach przypominały niewielkie zielone punkty. Pod tą nazwą kryją się wyjątkowo interesujące galaktyki. Mają stosunkowo niewielkie masy, mało pierwiastków cięższych od wodoru i helu, a jednocześnie produkują nowe gwiazdy w szalonym tempie w stosunku do swoich rozmiarów. Tak właśnie wyglądały prawdopodobnie liczne galaktyki w młodym Wszechświecie.
To pierwszy taki potwierdzony przypadek
Astronomowie znajdowali wcześniej zielone groszki, w których pojawiały się oznaki obecności czarnych dziur. W niektórych widmach widziano choćby podwójne linie emisyjne, które można było interpretować jako ślad dwóch aktywnych jąder. Problem polegał na tym, iż takie sygnały nie są jednoznaczne. Może je powodować ruch gazu albo potężne wypływy materii.
W J1622+3521 udało się zebrać kilka niezależnych dowodów jednocześnie: są dwa jądra optyczne, dwa punktowe źródła twardego promieniowania rentgenowskiego oraz dwa zestawy linii widmowych charakterystycznych dla aktywnych czarnych dziur. Oba obiekty mają takie samo przesunięcie ku czerwieni.
Dlatego autorzy mówią o pierwszym potwierdzonym podwójnym AGN w systemie zielonego groszku. Według nich wcześniej nie udało się również równie przekonująco potwierdzić takiego duetu w kompaktowym, małomasywnym i ubogim w metale układzie tego rodzaju. Nie odkryto więc pierwszej pary supermasywnych czarnych dziur. Odkryto ją po raz pierwszy w środowisku, w którym astronomowie dotąd nie potrafili takiej pary jednoznacznie znaleźć.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
