Rzadkie i dziwne kosmiczne zdarzenie z udziałem trzech supermasywnych czarnych dziur doprowadziło do odkrycia bezprecedensowego zjawiska: supermasywnej czarnej dziury poruszającej się z niewiarygodną prędkością, pozostawiającej za sobą ślad nowonarodzonych gwiazd o długości 200 000 lat świetlnych. Nieoczekiwanie schwytany przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a, ten niezwykły impuls formowania się gwiazd jest wynikiem czarnej dziury przecinającej przestrzeń międzygalaktyczną i powodującej formowanie się nowych gwiazd, gdy uderza w znajdujący się przed nią gaz. Wydarzenie, opisane jako gra w galaktyczny bilard, jest najprawdopodobniej wynikiem wielu zderzeń między supermasywnymi czarnymi dziurami, pozostawiając astronomów podekscytowanych dalszymi badaniami za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba i Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra.
Dziwny most o średnicy 200 000 lat świetlnych łączy galaktykę z uciekającą czarną dziurą
Wszechświat jest tak zmienny, że nawet najmniejsze rzeczy, które mogą pozostać niezauważone, mogą mieć głębokie implikacje. To właśnie przydarzyło się astronomowi z Yale, Peterowi van Dokkumowi, kiedy prowadził badania[{” attribute=””>Hubble Space Telescope images and noticed a suspected blemish that looked like a scratch on photographic film. For Hubble’s electronic cameras, cosmic rays skimming along the detector look like “scratches.” But once spectroscopy was done on the oddball streak van Dokkum realized it was really a 200,000-light-year-long chain of young blue stars located over halfway across the universe! van Dokkum and his colleagues believe that it stretches between a runaway monster back hole and the galaxy it was ejected from. The black hole must be compressing gas along its wake, which condenses to form stars. Nothing like it has ever been seen anywhere else in the universe before.
This is an artist’s impression of a runaway supermassive black hole that was ejected from its host galaxy as a result of a tussle between it and two other black holes. As the black hole plows through intergalactic space it compresses tenuous gas in front to it. This precipitates the birth of hot blue stars. This illustration is based on Hubble Space Telescope observations of a 200,000-light-year-long “contrail” of stars behind an escaping black hole. Credit: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)
Hubble Space Telescope Sees Possible Runaway Black Hole Creating a Trail of Stars
There’s an invisible monster on the loose, barreling through intergalactic space so fast that if it were in our solar system, it could travel from Earth to the Moon in 14 minutes. This supermassive black hole, weighing as much as 20 million Suns, has left behind a never-before-seen 200,000-light-year-long “contrail” of newborn stars, twice the diameter of our Milky Way galaxy. It’s likely the result of a rare, bizarre game of galactic billiards among three massive black holes.
Rather than gobbling up stars ahead of it, like a cosmic Pac-Man, the speedy black hole is plowing into gas in front of it to trigger new star formation along a narrow corridor. The black hole is streaking too fast to take time for a snack. Nothing like it has ever been seen before, but it was captured accidentally by NASA’s Hubble Space Telescope.
“We think we’re seeing a wake behind the black hole where the gas cools and is able to form stars. So, we’re looking at star formation trailing the black hole,” said Pieter van Dokkum of Yale University in New Haven, Connecticut. “What we’re seeing is the aftermath. Like the wake behind a ship we’re seeing the wake behind the black hole.” The trail must have lots of new stars, given that it is almost half as bright as the host galaxy it is linked to.
Czarna dziura znajduje się na jednym końcu filaru, który rozciąga się na swoją galaktykę macierzystą. Na zewnętrznym końcu szybu znajduje się zauważalnie jasny guzek zjonizowanego tlenu. Naukowcy sądzą, że gaz może ulegać szokowi i ogrzewaniu w wyniku ruchu czarnej dziury zderzającej się z gazem lub może to być promieniowanie z dysku akrecyjnego wokół czarnej dziury. „Gaz przed nim zostaje zszokowany przez to naddźwiękowe uderzenie i dużą prędkość czarnej dziury poruszającej się w gazie. Dokładnie nie wiadomo, jak to działa” – powiedział Van Dokkum.
„To czysty przypadek, po prostu natknęliśmy się na to” – dodał Van Dokkum. Szukał gromad kulistych w pobliskiej galaktyce karłowatej. „Właśnie przeglądałem obraz z Hubble’a i zauważyłem, że mamy małą smugę. Natychmiast pomyślałem: 'Och, promień kosmiczny uderza w detektor kamery i powoduje liniowy artefakt obrazowania.’ Kiedy usunęliśmy promienie kosmiczne, zdaliśmy sobie sprawę, że nadal tam były. Nie wyglądało to na nic. Widzieliśmy to już wcześniej.
Ten archiwalny obraz z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a uchwycił dziwną liniową cechę, tak niezwykłą, że początkowo odrzucono ją jako artefakt obrazowania z kamer Hubble’a. Ale późniejsze obserwacje spektroskopowe ujawniły ciąg młodych niebieskich gwiazd o średnicy 200 000 lat świetlnych. Na końcu mostu w lewym dolnym rogu znajduje się supermasywna czarna dziura. Czarna dziura została wyrzucona z galaktyki w prawym górnym rogu. Gaz sprężył się w ślad za nim, pozostawiając długi ślad młodych, niebieskich gwiazd. Czegoś takiego nigdy wcześniej nie widziano we wszechświecie. To niezwykłe wydarzenie miało miejsce, gdy Wszechświat miał mniej więcej połowę obecnego wieku. Źródło: Nauka: NASA, ESA, Peter van Dokkum (Yale), Przetwarzanie obrazu: Joseph DiPascual (STScI)
Ponieważ było to tak dziwne, Van Dokkum i jego zespół wykonali następną spektroskopię z WM Keck Observatories na Hawajach. Opisuje ślad gwiazd jako „bardzo niesamowity, bardzo jasny, bardzo niezwykły”. Doprowadziło to do wniosku, że przyglądał się skutkom odbijania się czarnej dziury przez halo gazu otaczającego galaktykę macierzystą.
Ta międzygalaktyczna rakieta jest prawdopodobnie wynikiem wielu zderzeń supermasywnych czarnych dziur. Astronomowie uważają, że pierwsze dwie galaktyki połączyły się prawdopodobnie 50 milionów lat temu. To połączyło dwie supermasywne czarne dziury w ich centrum. Krążyły wokół siebie jak podwójna czarna dziura.
Potem pojawiła się kolejna galaktyka z własną supermasywną czarną dziurą. Jest to zgodne ze starożytnym idiomem: „dwuosobowe towarzystwo i trzyosobowy tłum”. Mieszanie się trzech czarnych dziur spowodowało powstanie chaotycznej i niestabilnej formacji. Jedna czarna dziura pozbawiła pęd drugiej czarnej dziury i została wyrzucona z galaktyki macierzystej. Być może oryginalny układ podwójny pozostał nienaruszony, a może nowa interweniująca czarna dziura zastąpiła jedną z dwóch, które były w oryginalnym układzie podwójnym, wyrzucając poprzedniego towarzysza.
Gdy pojedyncza czarna dziura wystrzeliła w jednym kierunku, podwójne czarne dziury wystrzeliły w przeciwnym kierunku. Cechą widzianą po drugiej stronie galaktyki macierzystej może być uciekająca podwójna czarna dziura. Poszlakowym dowodem na to jest brak śladów aktywnej czarnej dziury pozostałej w jądrze galaktyki. Następnym krokiem są dalsze obserwacje z NASA[{” attribute=””>James Webb Space Telescope and the Chandra X-ray Observatory to confirm the black hole explanation.
NASA’s upcoming Nancy Grace Roman Space Telescope will have a wide-angle view of the universe with Hubble’s exquisite resolution. As a survey telescope, the Roman observations might find more of these rare and improbable “star streaks” elsewhere in the universe. This may require machine learning using algorithms that are very good at finding specific weird shapes in a sea of other astronomical data, according to van Dokkum.
The research paper was published on April 6 in The Astrophysical Journal Letters.
Reference: “A Candidate Runaway Supermassive Black Hole Identified by Shocks and Star Formation in its Wake” by Pieter van Dokkum, Imad Pasha, Maria Luisa Buzzo, Stephanie LaMassa, Zili Shen, Michael A. Keim, Roberto Abraham, Charlie Conroy, Shany Danieli, Kaustav Mitra, Daisuke Nagai, Priyamvada Natarajan, Aaron J. Romanowsky, Grant Tremblay, C. Megan Urry and Frank C. van den Bosch, 6 April 2023, The Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/acba86
The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and ESA. NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, manages the telescope. The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore conducts Hubble science operations. STScI is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy, in Washington, D.C.
„Amatorski przedsiębiorca. Profesjonalny ekspert od internetu. Człowiek zombie. Nieuleczalny badacz popkultury”.