Astronomové vůbec poprvé zachytili dvojici supermasivních černých děr, které nezadržitelně míří ke srážce

V samém srdci galaxie Markarian 501 se skrývá překvapení: místo jedné supermasivní černé díry se zde nachází hned dvě. Tento mimořádný objev přinesl mezinárodní tým astronomů vedený Silke Britzenovou z Institutu Maxe Plancka pro radioastronomii.

Díky dlouhodobým rádiovým pozorováním se vědcům poprvé podařilo zachytit přímý důkaz dvojice supermasivních černých děr, které obíhají velmi blízko sebe – a pravděpodobně se nacházejí v poslední fázi před splynutím. Takové systémy byly dosud spíše teoretickou představou než pozorovanou realitou. Až nyní máme jasný důkaz, že skutečně existují a že je lze přímo detekovat.

Jak vznikají obří černé díry

Podle současného stavu poznání, téměř každá velká galaxie hostí ve svém středu supermasivní černou díru – objekt o hmotnosti milionů až miliard Sluncí. Zůstává však záhadou, jak tyto kolosy dosahují tak extrémních rozměrů. Samotné požírání okolního plynu by totiž bylo příliš pomalé a nevysvětluje extrémní hmotnosti těchto objektů.

Za mnohem pravděpodobnější scénář vědci považují srážky galaxií. Ty jsou ve vesmíru běžné, a když se dvě galaxie spojí, jejich centrální černé díry se postupně přibližují, začnou kolem sebe obíhat a nakonec splynou v jediný objekt. Právě tato závěrečná fáze – těsné obíhání před splynutím – ale nebyla až dosud spolehlivě pozorovaná.

Dvojitý výtrysk

Zlom přinesla detailní studie galaxie Markarian 501 v souhvězdí Herkula. Astronomové analyzovali vysoce přesná rádiová data sbíraná po dobu 23 let. Výsledkem bylo překvapení: místo jednoho výtrysku částic (tzv. jetu), který je pro černé díry typický, objevili hned dva.

Jeden z těchto jetů míří přímo k Zemi, a proto je velmi jasný a známý už dlouho. Druhý je natočen jiným směrem, což ztěžovalo jeho odhalení. Právě existence dvou jetů však naznačuje přítomnost dvou černých děr – každá totiž produkuje vlastní proud částic.

Tanec dvou gigantů

Další analýza ukázala, že tento systém není statický. Naopak – oba jety se pohybují a vykazují pravidelné změny. Druhý jet zdánlivě vychází z oblasti za větší černou dírou a pohybuje se kolem ní proti směru hodinových ručiček. Tento dynamický obraz lze podle vědců vysvětlit pouze tak, že dvě černé díry obíhají kolem společného těžiště. Jejich oběžná rovina se navíc kývá, což vytváří dojem neustále se měnícího systému.

Zvlášť pozoruhodný byl jeden okamžik v červnu 2022, kdy se záření z tohoto systému jevilo jako tzv. Einsteinův prstenec. Ten vzniká díky gravitačnímu čočkování, kdy hmota jedné černé díry zakřiví světlo z objektu za ní. V tomto případě šlo pravděpodobně o ideální zarovnání obou černých děr vůči Zemi.

Z dat se podařilo určit i základní parametry systému. Černé díry obíhají kolem sebe s periodou přibližně 121 dní. Jejich vzájemná vzdálenost odpovídá zhruba 250 až 540 vzdálenostem mezi Zemí a Sluncem – což je na kosmické poměry extrémně málo.

Každá z nich má hmotnost stovek milionů až miliardy sluncí. Takto těsné uspořádání naznačuje, že se systém rychle vyvíjí směrem ke splynutí. Podle odhadů by k němu mohlo dojít už za pouhých 100 let – což je v astronomickém měřítku téměř okamžik.

Odpočítávání kosmického finále

Přímé pozorování samotných černých děr zatím možné není – ani nejmodernější teleskopy, jako Event Horizon Telescope, nedokážou dvě tak blízké černé díry rozlišit jako oddělené objekty.

Existuje však jiný způsob, jak tento proces sledovat: gravitační vlny. Jak se černé díry přibližují, vyzařují vlnění časoprostoru o velmi nízkých frekvencích. Ty by mohly zachytit pulsarové sítě PTA (Pulsar Timing Array), které sledují jemné odchylky v signálech vzdálených pulsarů. Právě podobné systémy jsou dnes považovány za hlavní zdroj nedávno objeveného pozadí gravitačních vln. Markarian 501 se tak stává jedním z nejlepších kandidátů, kde by bylo možné tento jev spojit s konkrétní dvojicí černých děr.

Pokud se detekce podaří, vědci by mohli vůbec poprvé sledovat, jak se frekvence gravitačních vln postupně zvyšuje – přesně tak, jak se dva kosmičtí obři spirálovitě přibližují ke své finální srážce. Taková příležitost by znamenala unikátní pohled na jeden z nejdramatičtějších procesů ve vesmíru.