Găurile negre supermasive se află în centrele aproape tuturor galaxiilor mari, cântărind milioane sau chiar miliarde de mase solare. Cum ajung atât de mari rămâne un mister încăpățânat: acumularea de gaz din jur este o cale, dar pare prea lentă pentru a explica cele mai mari exemple. Fuziunea cu alte găuri negre masive este candidatul principal pentru explicația lipsă.

Coliziunile de galaxii sunt frecvente în univers, așa că găurile lor negre centrale ar trebui să se unească eventual. Pe măsură ce două galaxii fuzionează, găurile lor negre se apropie, încep să orbiteze una în jurul celeilalte și spiralează treptat spre interior până când se combină. Modelarea acestor etape finale rămâne însă o durere de cap, iar astronomii nu au identificat niciodată în mod fiabil o pereche de găuri negre supermasive care orbitează extrem de aproape – în ciuda dovezilor abundente de galaxii care se ciocnesc.

Acum, o echipă internațională de cercetători condusă de Silke Britzen de la Institutul Max Planck pentru Radioastronomie (MPIfR) din Bonn a descoperit dovezi observaționale directe care sugerează exact o astfel de pereche în centrul galaxiei Mrk 501. Rezultatele au fost acceptate pentru publicare în Monthly Notices of the Royal Astronomical Society și sunt programate pentru un număr viitor.

Astronomii știu de mult că gaura neagră centrală a lui Mrk 501 emite un jet intens de particule în spațiu la aproape viteza luminii, alimentat de condițiile extreme și câmpurile magnetice puternice din jurul găurii negre. Pentru a investiga sistemul, cercetătorii au examinat observații radio detaliate la multiple frecvențe, colectate în zeci de zile separate de-a lungul a aproximativ 23 de ani. Setul extins de date a dezvăluit ceva remarcabil: alături de jetul familiar se afla un al doilea jet a cărui mișcare putea fi și ea urmărită.

Observațiile oferă ceea ce cercetătorii numesc prima dovadă imagistică directă a unui astfel de sistem în centrul unei galaxii, sugerând puternic prezența unei a doua găuri negre supermasive. Cele două găuri negre în sine rămân prea apropiate pe cer pentru a fi rezolvate individual.

„L-am căutat atât de mult, iar apoi a venit ca o surpriză completă că am putut nu doar să vedem un al doilea jet, ci chiar să-i urmărim mișcarea”, relatează Britzen.

Două găuri negre supermasive într-un dans cosmic

Jetul cunoscut anterior este îndreptat spre Pământ, făcându-l să apară excepțional de luminos și relativ ușor de observat. Jetul nou identificat indică într-o direcție diferită, ceea ce ajută la explicarea de ce a rămas ascuns atât de mult timp.

În doar câteva săptămâni de observații, astronomii au observat schimbări dramatice în poziția celui de-al doilea jet. Acesta părea să apară din spatele găurii negre mai mari și să măture în sens invers acelor de ceasornic în jurul ei. Mișcarea s-a repetat, sugerând că întregul sistem era supus unei mișcări orbitale regulate.

„Evaluarea datelor a fost ca și cum ai fi pe o navă. Întregul sistem de jeturi este în mișcare. Un sistem de două găuri negre poate explica acest lucru: planul orbital se balansează”, explică Britzen.

Cercetătorii au identificat, de asemenea, un eveniment neobișnuit în iunie 2022, când radiația din sistem părea să formeze un inel. Acest fenomen, cunoscut sub numele de inel Einstein, apare atunci când gravitația curbează lumina într-un mod care creează o aparență inelară. O posibilă explicație: cele două găuri negre și Pământul au fost aliniate scurt în modul potrivit, cu gravitația găurii negre din prim-plan acționând ca o lentilă, curbând lumina din al doilea jet din spatele ei. Acest efect, numit lentilă gravitațională, oferă un alt indiciu potențial despre natura sistemului.

Două găuri negre s-ar putea fuziona în doar 100 de ani

Examinând schimbările în jeturi și modelele repetate în luminozitatea lor, echipa a calculat că cele două găuri negre par să completeze o orbită una în jurul celeilalte aproximativ la fiecare 121 de zile. Separarea estimată este de doar 250 până la 540 de ori distanța dintre Pământ și Soare – ceea ce sună enorm, până când îți amintești că aceste obiecte au mase cuprinse între 100 de milioane