Titulný obrázok od aasnova.org, ukazuje tmavú "dieru" a jasný infračervený zdroj vedľa nej.

Dve obrovské čierne diery vytvorili v jadre galaxie desivú prázdnotu, ktorú odhalil James Webb

V strede veľkých galaxií panuje zvyčajne mimoriadny ruch – milióny až miliardy hviezd, žiarenie, pohyb. O to väčším prekvapením bolo, keď astronómovia namierili teleskopy do jadra vzdialenej galaxie v kope galaxií Abell 402 a namiesto očakávaného zhluku hviezd tam našli takmer prázdne miesto. Ako keby odtiaľ všetko jednoducho zmizlo.

Záhada stará dvadsať rokov

Príbeh sa začal už v roku 2006, keď si vesmírny teleskop Hubble prvýkrát všimol nezvyčajnú tmavú škvrnu v strede centrálnej galaxie kopy Abell 402 (tzv. A402-BCG). Najpravdepodobnejšie vysvetlenie sa vtedy zdalo jednoduché – hustý oblak kozmického prachu, ktorý zakrýva svetlo hviezd. Prachové oblaky sú v centrách galaxií bežné a v tom čase neexistoval spôsob, ako túto myšlienku overiť voči alternatíve. Záhada tak zostala nevyriešená celé roky.

Zlom priniesol až vesmírny teleskop Jamesa Webba (JWST), ktorého infračervená kamera dokáže nahliadnuť aj cez husté prachové mračná. Keď výskumníci pomocou Webba znovu preskúmali rovnaký kozmický región, prázdnota tam stále bola – nemohlo teda ísť o prach. Po vylúčení viacerých ďalších alternatívnych vysvetlení dospel tím pod vedením astronóma Michaela McDonalda z MIT k záveru, že priestor je naozaj prázdny.

Kam zmizli hviezdy?

Podľa odhadov astronómov v tejto oblasti chýbajú hviezdy s celkovou hmotnosťou približne 2 miliardy Sĺnk, čo predstavuje asi 1 % celkovej hviezdnej hmoty danej galaxie. Rozhodujúca stopa prišla z okraja tejto prázdnej oblasti – prístroj JWST tam zaznamenal jasný infračervený bodový zdroj, ktorý pripomínal aktívne sa "kŕmiacu" supermasívnu čiernu dieru.

Následné spektroskopické pozorovania pomocou prístroja MUSE na Veľkom ďalekohľade ESO (VLT) priniesli ešte presvedčivejší dôkaz. Dáta odhalili dve oblasti ionizovaného plynu – jednu v mieste infračerveného zdroja a druhú na opačnej strane prázdnej oblasti – spolu s dvoma odlišnými súbormi emisných čiar, ktoré zodpovedajú dvojici čiernych dier s celkovou hmotnosťou 60 ± 20 miliárd hmotností Slnka.

Dve monštrá s hmotnosťou 60 miliárd Sĺnk

Aby si dokázali predstaviť, o aký rozmer ide: bežná čierna diera vznikajúca kolapsom hviezdy má hmotnosť rádovo len niekoľko až stovku hmotností Slnka. Naproti tomu najväčšie známe supermasívne čierne diery v jadrách galaxií dosahujú desiatky miliárd slnečných hmotností – a len málokedy prekročia hranicu 50 až 60 miliárd. Dvojica v Abell 402 sa teda nachádza na úplnej hornej hranici toho, čo je vo vesmíre vôbec pozorované. Jednotlivé čierne diery s hmotnosťou presahujúcou 60 miliárd Sĺnk boli doteraz identifikované len v niekoľkých prípadoch, takže nezvyčajná je nielen táto dvojica, ale aj jej výsledná spojená hmotnosť.

Podľa vedcov centrálna galaxia kopy Abell 402 v minulosti zrejme splynula s inou galaxiou, pričom táto zrážka priniesla do jej jadra druhú supermasívnu čiernu dieru. Tím odhaduje, že súčasná dvojica čiernych dier obieha okolo spoločného ťažiska už len niekoľko desiatok miliónov rokov – čo je z astronomického hľadiska pomerne krátky, "čerstvý" vzťah. Galaxia leží v kope Abell 402 vo vzdialenosti približne 4 až 4,4 miliardy svetelných rokov od Zeme.

Gravitačný "prak" vymrštil hviezdy z jadra galaxie

Ako presne dokážu dve obiehajúce čierne diery vyprázdniť celé jadro galaxie? Keď sa dve supermasívne čierne diery k sebe postupne približujú a špirálovito okolo seba obiehajú, ich extrémna gravitácia funguje ako obrovský prak. Hviezdy, ktoré sa dostanú do ich blízkosti, získajú od dvojice obrovské zrýchlenie – časť z nich je doslova vystrelená z galaxie extrémnou rýchlosťou, iným sa úplne rozpadne dráha obehu. Tento proces prebieha postupne, počas mnohých miliónov až stoviek miliónov rokov, a jeho výsledkom je práve pozorovaná rozsiahla oblasť bez hviezd.

Vedci zvažovali aj alternatívne vysvetlenia. Jednou z možností bol tzv. spätný ráz po zlúčení (post-merger recoil) – scenár, v ktorom by dve čierne diery už splynuli a asymetricky vyžiarenými gravitačnými vlnami by bol novovzniknutý objekt vymrštený z centra galaxie, čím by destabilizoval dráhy okolitých hviezd. Druhou alternatívou je tzv. dipólová nestabilita, ktorá môže nastať v galaxiách s ostrým prechodom medzi plochým vnútorným jadrom a strmým vonkajším okrajom. Napokon však kombinácia dát z Hubbla, Webba a VLT najviac podporila práve scenár dvoch aktívnych, navzájom obiehajúcich čiernych dier.

Čo bude nasledovať?

Dvojica čiernych dier v Abell 402 smeruje k nevyhnutnému zlúčeniu. Keď k nemu dôjde, pravdepodobne vznikne jedna z najväčších čiernych dier, aké sú vo vesmíre známe. Takéto zlúčenie dvoch mimoriadne hmotných objektov by malo uvoľniť obrovské množstvo energie vo forme gravitačných vĺn – vlnenia samotného časopriestoru, ktoré dnes už dokážu zachytiť špecializované observatóriá na Zemi.

Podľa vedcov ide o vzácny „úlovok" – nielen samotná hmotnosť čiernych dier, ale aj fakt, že ich zachytili práve v tejto pokročilej fáze tesného vzájomného obiehania, robí z tohto pozorovania mimoriadny prípad. Odborníci očakávajú, že budúce veľké vesmírne teleskopy pomôžu nájsť ďalšie podobné páry čiernych dier a lepšie pochopiť, ako často k takýmto dramatickým zlúčeniam v centrách galaxií skutočne dochádza.

Zdroje: ZME Science, AAS Nova, Science News, Daily Galaxy