Czarne dziury przemieszczają się po galaktykach
Badacze z Yale University ustalili w nowym badaniu, że czarne dziury, zazwyczaj obecne w centralnych obszarach galaktyk, mogą zostać przesunięte wskutek ich zderzeń, a następnie przez miliardy lat pozostawać w ruchu względem miejsca, z którego pochodzą. Efekt ten jest silniejszy w galaktykach o mniejszej masie, ponieważ ich grawitacja słabiej przyciąga czarne dziury w stronę centrum. Według naukowców obserwowanie takich wędrujących obiektów może pomóc w badaniu pochodzenia oraz historii powstawania pierwszych czarnych dziur. Wyniki pracy opublikowano w czasopiśmie „The Astrophysical Journal Letters”.
Naukowcy zaznaczają, że dla pełniejszego poznania pochodzenia i dynamiki masywnych czarnych dziur, a także dziejów galaktyk, w których się znajdują, konieczne jest uwzględnianie zarówno obiektów pozostających w centrach galaktyk, jak i tych przemieszczających się poza nimi.
Początki pierwszych czarnych dziur
Według naukowców pierwsze czarne dziury wyłoniły się z tak zwanych „zalążków” („seeds”), które istniały we wczesnym Wszechświecie. Zgodnie z jednymi teoriami pierwsze gwiazdy pozostawiły po swoim istnieniu stosunkowo małe czarne dziury, określane jako „lekkie zalążki” („light seeds”). Inne koncepcje zakładają natomiast powstawanie większych obiektów, czyli „ciężkich zalążków” („heavy seeds”), jeszcze wcześniej, między innymi w następstwie bezpośredniego zapadania się pierwotnego gazu.
Wyniki badania wskazują, że czarne dziury mogą przechowywać informacje nie tylko o warunkach, w jakich powstały. Ich obecne rozmieszczenie może także odzwierciedlać procesy, które zachodziły wcześniej w galaktykach będących ich miejscem pochodzenia. Oddzielenie czarnych dziur pozostających w galaktycznych centrach od tych, które przemieszczają się poza nimi, może więc pomóc w poznawaniu historii samych obiektów oraz struktur, w których powstały.
Komputerowy model śledzi przemiany galaktyk
Do przeprowadzenia analizy badacze zastosowali ASTRID, zaawansowaną symulację komputerową pozwalającą odwzorować zmiany zachodzące w ciemnej materii, gazie, gwiazdach i czarnych dziurach. Naukowcy prześledzili rozwój galaktyk o masach od 10 milionów do 1 biliona mas Słońca w okresie obejmującym około 12,6 miliarda lat.
Istotną właściwością ASTRID jest brak założenia, że czarne dziury muszą znajdować się od początku w centrach galaktyk. Model uwzględnia działanie sił grawitacyjnych, dzięki czemu odwzorowuje przemieszczanie się czarnych dziur w ich otoczeniu oraz ich stopniowe opadanie w kierunku jąder macierzystych struktur. Pozwoliło to naukowcom rozdzielić populację czarnych dziur centralnych i wędrujących.
W symulacjach zauważono, że wraz z ewolucją galaktyk o niewielkiej masie zwiększała się liczba tych, w których występowały wędrujące czarne dziury. Jednocześnie zmniejszała się liczba galaktyk zawierających takie obiekty w swoich centrach.
Lokalizacja czarnych dziur może odzwierciedlać przeszłość galaktyk
Z przeprowadzonych analiz wynika ponadto, że mniej masywne galaktyki mogą zachowywać ślady pierwotnej populacji swoich „zalążków” nawet po upływie miliardów lat, w tym po kolejnych procesach łączenia się z innymi galaktykami. Badanie wskazało również, że w małych galaktykach, które zakończyły proces powstawania gwiazd, częściej występowały centralne czarne dziury. Z kolei galaktyki, w których nadal formowały się gwiazdy, częściej posiadały czarne dziury wędrujące.
Według naukowców liczba czarnych dziur może wskazywać na sposób, w jaki powstały, natomiast ich rozmieszczenie może zachowywać informacje dotyczące formowania się i późniejszej ewolucji galaktyk.
Mariusz Drzewiecki
