Teleskop Jamesa Webba (JWST) dostarczył najmocniejszego jak dotąd dowodu na to, że supermasywna czarna dziura aktywnie ucieka ze swojej galaktyki macierzystej z zawrotną prędkością 3,5 miliona kilometrów na godzinę (2,2 miliona mil na godzinę). Odkrycie, które jest obecnie recenzowane przed publikacją w The Astrophysical Journal Letters, potwierdza dziesięciolecia teoretycznych przewidywań dotyczących tych rzadkich wydarzeń kosmicznych. To odkrycie zapewnia krytyczny wgląd w chaotyczną dynamikę ewolucji galaktyk i ekstremalne interakcje pomiędzy supermasywnymi czarnymi dziurami.
Polowanie na kosmicznego zbiega
Astronomowie po raz pierwszy zidentyfikowali kandydata na ucieczkę w roku 2023, wykrywając niezwykły strumień gwiazd na archiwalnych zdjęciach z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Późniejsze obserwacje w Obserwatorium Kecka ujawniły czarną dziurę o masie 20 milionów mas Słońca, pozostawiającą po sobie 200 000 lat świetlnych nowo powstałych gwiazd – ślad dwukrotnie większy od Drogi Mlecznej. Ten ślad jest kluczowy: pokazuje, że czarna dziura nie powstała po prostu w izolacji, ale aktywnie poruszała się w przestrzeni, ciągnąc za sobą gaz.
Obserwacje JWST w średniej podczerwieni dostarczyły ostatecznego dowodu: wyraźną falę uderzeniową, czyli uderzenie łukowe, tworzące się na krawędzi natarcia uciekającej czarnej dziury. Ta fala uderzeniowa przypomina ślad szybko poruszającego się statku, a czarna dziura działa jak niewidzialny statek wypychający przed sobą gaz i pył.
„Wszystko w tym obiekcie mówiło nam, że jest to coś naprawdę wyjątkowego, ale zobaczenie go wyraźnie widocznego w danych było niezwykle satysfakcjonujące” – powiedział główny autor badania Peter van Dokkum, profesor astronomii i fizyki na Uniwersytecie Yale.
Jak uciekają czarne dziury?
Supermasywne czarne dziury (SMBH) zwykle znajdują się w centrach galaktyk i są utrzymywane w miejscu przez ogromne siły grawitacyjne. Aby któremuś z nich udało się uciec, musi nastąpić niezwykłe wydarzenie. Obecnie wiodąca teoria sugeruje, że gwałtowne interakcje pomiędzy co najmniej dwoma SMBH – każdy o masie ponad 10 milionów słońc – mogą spowodować „kopnięcie” na tyle silne, aby wyrzucić jeden z nich.
Zaobserwowana uciekająca czarna dziura jest prawdopodobnie wynikiem takiego chaotycznego spotkania. Oznacza to, że galaktyki mogłyby utracić swój centralny SMBH, co w nieprzewidywalny sposób zmieniłoby ich przyszły rozwój. Gwałtowność tych interakcji byłaby ogromna, zmieniając kształt otaczającego środowiska galaktycznego.
Dalsze badania i otwarte pytania
Chociaż jest to pierwszy potwierdzony niekontrolowany SMBH, astronomowie podejrzewają, że istnieją również inne. Jednym z obiecujących kandydatów jest Kosmiczna Sowa, tajemniczy układ oddalony o około 11 miliardów lat świetlnych. Kosmiczna Sowa ma dwa rdzenie galaktyczne, każdy zawierający aktywny SMBH, a także trzeci SMBH osadzony w chmurze gazu pomiędzy nimi. Pochodzenie tej trzeciej czarnej dziury pozostaje niejasne. Niektórzy badacze spekulują, że uciekła z jednej ze swoich galaktyk macierzystych, ale obserwacje JWST van Dokkuma sugerują, że mogła powstać in situ w wyniku bezpośredniego zapadnięcia się gazu po tym, jak galaktyki prawie się zderzyły.
Odkrycie biegnących czarnych dziur pogłębia naszą wiedzę na temat ewolucji galaktyk. Badając te anomalie, naukowcy mogą lepiej modelować dynamikę łączenia się czarnych dziur, interakcji galaktyk i długoterminowego losu struktur galaktycznych. Zdolność JWST do obserwacji tych zjawisk z niespotykaną dotąd szczegółowością daje nadzieję na odkrycie kolejnych tajemnic najbardziej energetycznych procesów we Wszechświecie.
