Dvě dvojice supermasivních černých děr na kolizním kurzu

Podle pozorování a kosmologických simulací jsou trpasličí galaxie nejhojnějším typem galaxií v raném vesmíru a ve slučování galaxií dominují právě ty trpasličí. Tato splynutí jsou však obecně příliš vzdálená na to, aby je bylo možné přímo pozorovat, a páry supermasivních černých děr související se sloučením trpasličích galaxií je velmi obtížné najít.

V novém článku v časopise Astrophysical Journal astronomové z University of Alabama v Tuscaloose prezentují první výsledky rozsáhlého hledání tohoto nepolapitelného typu objektů a první dva kandidáty na duální supermasivní černé díry ve spojení trpasličích galaxií. Trpasličí galaxie, které astronomové detekovali, jsou na kolizních kurzech a nacházejí se v kupách galaxií Abell 133 a Abell 1758S.

Dvě splynutí dvou trpasličích galaxií v kupách galaxií Abell 133 (vlevo) a Abell 1758S (vpravo) jsou zobrazeny v rentgenovém záření detekovaném družicí Chandra a v optickém světle z dalekohledu Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT). Fúze na levé straně je v pozdní fázi a dostala jednotné jméno Mirabilis. Další sloučení je v raných fázích a dvě trpasličí galaxie se jmenují Elstir (dole) a Vinteuil (nahoře).

Galaxie se skládají z miliard hvězd, mezihvězdného plynu a prachu a velkého množství temné hmoty. Očekává se, že každá (nebo téměř každá) galaxie bude ve svém středu hostit supermasivní černou díru. Galaxie a jejich centrální černé díry rostou a vyvíjejí se společně převážně prostřednictvím slučování; menší objekty se časem spojí a vytvoří větší. Nejranější fáze vývoje galaxií zahrnující splynutí prvních galaxií nejsou však dobře prostudovány. Není například jasné, jak první sloučení ovlivnilo morfologii starověkých galaxií a jejich tvorbu hvězd.

Astronomové také nevědí, jak masivní byly první černé díry, které obývaly rané galaxie, ani jak první sloučení ovlivnilo jejich schopnost nabalovat další materiál. Je složité odpovědět na tyto důležité otázky, protože první fúze jsou příliš vzdálené a slabé na to, aby je bylo možné přímo pozorovat. Jedním ze způsobů, jak překonat tento problém, je hledat místní analogy. Jinými slovy, vědci potřebují najít páry malých trpasličích galaxií, které měly velmi klidné životy, téměř bez sloučení, které se teprve nedávno setkaly a začaly interagovat.

Takové galaxie prošly malým nebo žádným vývojem, takže jsou analogy vzdálených starověkých galaxií a pozorování jejich sloučení by představovalo místní vhodnou studii, která ilustruje hierarchický růst struktur v raném vesmíru.

Očekává se také, že jejich centrální černé díry příliš nevyrostly a zachovaly si informace o primordiálních semenech, což může být klíčem k vyřešení přetrvávajícího problému původu supermasivních černých děr. „Astronomové našli mnoho příkladů černých děr na kolizních kurzech ve velkých galaxiích, které jsou relativně blízko,“ řekl Marko Micic, astronom z University of Alabama v Tuscaloose. „Ale pátrání po nich v trpasličích galaxiích je mnohem náročnější a až dosud vždy selhalo.“

Marko Micic a jeho kolegové překonali tyto výzvy zavedením systematického průzkumu hloubkových rentgenových pozorování družicí Chandra a jejich porovnáním s infračervenými daty z Wide Infrared Survey Explorer (WISE) a optickými daty z Canada-France-Hawaii Telescope. Hledali páry jasných zdrojů rentgenového záření v blízkých dvojicích srážejících se trpasličích galaxií jako důkaz dvou černých děr a objevili dva příklady.

Jeden pár trpasličích galaxií (obrázek vlevo) je v Abell 133, kupě galaxií nacházející se 760 milionů světelných let daleko od Země. Zdá se, že tento pár je v pozdních fázích sloučení a vykazuje dlouhý ohon způsobený slapovými efekty ze srážky. Autoři mu dali přezdívku „Mirabilis“ podle ohroženého druhu kolibříka známého svými výjimečně dlouhými ocasy. Bylo vybráno pouze jedno jméno, protože spojení dvou galaxií do jedné je téměř dokončeno.

Druhý pár (pravý obrázek) byl objeven v Abell 1758S, kupě galaxií vzdálené asi 3,2 miliardy světelných let. Výzkumníci přezdívají splývajícím trpasličím galaxiím „Elstir“ a „Vinteuil“ podle fiktivních umělců z knihy Marcela Prousta Hledání ztraceného času. Vinteuil je galaxie nahoře a Elstir je galaxie dole. Vědci se domnívají, že tyto dvě galaxie byly zachyceny v raných fázích sloučení, což způsobilo, že můstek hvězd a plynu spojil dvě srážející se galaxie z jejich gravitační interakce.

„Většina trpasličích galaxií a černých děr v raném vesmíru se pravděpodobně díky opakovaným sloučením nyní mnohem zvětšila,“ řekla Brenna Wells, rovněž z University of Alabama v Tuscaloose. „V některých ohledech jsou trpasličí galaxie našimi galaktickými předky, kteří se vyvíjeli miliardy let, aby vytvořili velké galaxie, jako je naše vlastní Mléčná dráha.“

„Následná pozorování těchto dvou systémů nám umožní studovat procesy, které jsou zásadní pro pochopení galaxií a jejich černých děr v jejich dětství,“ dodal Jimmy Irwin, rovněž z University of Alabama v Tuscaloose.

Zdroj: https://www.sci.news/astronomy/chandra-two-pairs-supermassive-black-holes-collision-courses-11683.html

autor: František Martinek