O gaură neagră „fugară” a lăsat în urma sa o dâră de stele nou-născute

O dâră de stele, găsită în gazul care înconjoară o galaxie îndepărtată, este posibil să fi fost lăsată de o gaură neagră „fugară”.

Pe baza unei analize a luminii care a călătorit timp de peste 7,5 miliarde de ani pentru a ajunge până la noi, o echipă de astronomi a prezentat dovezi ale unui obiect colosal ejectat din galaxia gazdă acum 39 de milioane de ani, care acum străbate spațiul intergalactic la o viteză de 1.600 de kilometri pe secundă.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

Deși această gaură neagră „fugară” este invizibilă, trecerea sa a lăsat în urmă câteva dovezi, anume șocurile lăsate în mediul intergalactic rarefiat care creează o dâră de stele în formare în gazul comprimat. Lucrările echipei arată o modalitate prin care am putea identifica găurile negre supermasive inactive, ejectate din galaxiile lor pentru a fugi, libere și invizibile, prin spațiul intergalactic.

Cercetarea, condusă de astrofizicianul Pieter van Dokkum, de la Universitatea Yale, din SUA, a fost acceptată în The Astrophysical Journal Letters și este disponibilă pe serverul de preprint arXiv.

O gaură neagră fugară a lăsat urme în trecere

Ideea că o gaură neagră supermasivă ar putea fi ejectată din galaxia sa nu este chiar atât de ciudată. De fapt, astronomii au identificat deja ceea ce cred ei că ar putea fi mai multe găuri negre supermasive ejectate din centrele galaxiilor lor (deși niciuna nu a traversat încă spațiul intergalactic) și chiar și o galaxie care pare să nu aibă deloc o gaură neagră supermasivă.

Dar acele găuri negre supermasive aveau toate un lucru în comun: sunt active, ceea ce înseamnă că sunt înconjurate de un nor de material pe care îl consumă. Acest proces generează cantități imense de căldură și lumină, ceea ce le face mult mai ușor de observat.

Dar nu toate găurile negre sunt active. Cele care nu fac nimic nu emit nicio lumină pe care o putem detecta și, prin urmare, sunt practic invizibile pentru tehnologia noastră.

Cu toate acestea, un lucru atât de greu precum o gaură neagră supermasivă (care are de milioane sau chiar miliarde de ori masa Soarelui) ar putea totuși lăsa urme pe care le putem observa. Iată ce au propus van Dokkum și colegii săi: că o gaură neagră fugară ar putea fi detectată în gazul care înconjoară o galaxie, cunoscut sub numele de mediu circumgalactic.

O descoperire întâmplătoare

Descoperirea a fost făcută în cursul altor investigații. Cercetătorii foloseau Telescopul Hubble pentru a studia o galaxie pitică mult mai apropiată numită RCP 28. În acea imagine au descoperit ceva ce ar putea fi doar urmele unei găuri negre supermasive.

Imaginea a dezvăluit o dungă strălucitoare îndreptată direct spre centrul unei galaxii neregulate. Inițial, cercetătorii au crezut că este o rază cosmică, dar aceasta a apărut în ambele filtre folosite pentru procesarea imaginilor. Așadar, în octombrie 2022, au luat imagini ulterioare folosind Observatorul Keck, pentru a calcula deplasarea către roșu a galaxiei și a dungii. Acest lucru le-a dat o dimensiune: dâra măsoară peste 200.000 de ani-lumină în lungime.

Analiza a arătat că galaxia și dunga au aceeași deplasare spre roșu, ceea ce înseamnă că sunt probabil asociate una cu cealaltă, iar dunga și galaxia au aceeași culoare. Echipa nu a mai văzut așa ceva, notează Science Alert.

Privind mai atent, cercetătorii au descoperit că dunga nu era uniformă în ceea ce privește culoarea și luminozitatea. De asemenea, prezenta semne de ionizare puternică și regiuni de șoc. O parte din ionizare ar putea fi explicată prin prezența unor stele foarte tinere, fierbinți și masive; acest lucru este în concordanță cu șocurile astrofizice, care tind să comprime gazul și să provoace prăbușirea aglomerărilor din acesta sub gravitație, formând „pui” de stele.

Explicația fenomenului descoperit

Dârele de lumină care ies din centrele galaxiilor nu sunt neobișnuite; acestea sunt de obicei jeturi astrofizice, fluxuri puternice și înguste de plasmă care călătoresc la viteze apropiate de cea a luminii, lansate din regiunile polare ale găurilor negre supermasive active. Însă dunga găsită de echipă nu arată niciunul dintre semnele distinctive ale unui jet astrofizic.

Este posibil, au speculat astronomii, ca trecerea unui jet să fi lăsat în spate o urmă de stele în formare; dar dunga din imagini nu se potrivește cu niciun caz cunoscut, observat sau simulat, de formare de stele indusă de jet.

De fapt, dâra observată se întâmplă să fie exact opusul a ceea ce s-ar aștepta astronomii de la un jet de gaz; este mai groasă în punctul cel mai îndepărtat față de galaxie, unde există mai puțin material, și mai îngustă la distanță mai mare, în loc să se răspândească precum un jet.

Echipa consideră că cea mai bună explicație este o gaură neagră fugară, care perturbă și comprimă mediul circumgalactic pe măsură ce trece, lăsând în urmă stelele în formare.

Ce este o gaură neagră fugară?

Probabil vă întrebați ce anume poate face ca o gaură neagră supermasivă să fie ejectată din galaxia sa, iar răspunsul este: o altă gaură neagră supermasivă. Sau două. În scenariul cercetătorilor, două galaxii au fuzionat; găurile negre supermasive din nucleele acestor galaxii s-au reunit într-o gaură neagră supermasivă binară și au rămas așa pentru o vreme.

Apoi a apărut o a treia galaxie, iar gaura neagră supermasivă din aceasta și-a făcut loc în centrul noului trio de galaxii, rezultând o interacțiune cu trei corpuri cunoscută sub numele de mecanism Hills, care a aruncat una dintre găurile negre cu o viteză foarte mare.

Observațiile viitoare pe mai multe lungimi de undă îi vor putea ajuta pe astronomi să-și dea seama dacă acesta este într-adevăr cazul. Între timp, deoarece caracteristica este atât de distinctă, alte exemple ar trebui să fie relativ ușor de găsit, în special cu instrumente mai puternice, cum ar fi viitorul telescop spațial Nancy Roman Grace în infraroșu.

Este nevoie de mai multe studii

„Credem că această caracteristică este urmarea unei găuri negre ejectate, bazându-ne pe numărul mic de lucrări care au fost scrise pe acest subiect în ultimii cincizeci de ani”, scriu cercetătorii în lucrare.

„Acest subiect ar putea beneficia de lucrări teoretice suplimentare, mai ales că aceste lucrări propun o varietate de mecanisme de formare. Simulările hidrodinamice care modelează șocurile și, de asemenea, iau în considerare efectele gravitaționale ar putea aduce aceste studii inițiale împreună într-un cadru auto-consecvent”, au concluzionat astronomii.

Vă recomandăm să citiți și:

Astronomii au găsit o lume incredibil de rară, potențial locuibilă, la doar 31 de ani-lumină

Fizicienii au descoperit un fenomen necunoscut până acum în Universul timpuriu

TESS a descoperit o nouă pitică cenușie caldă

Singurul interviu filmat cu „părintele Big Bang”, Georges Lemaître, regăsit după 60 de ani