Trzy supermasywne czarne dziury w J0148-4214. Czy dojdzie do zderzenia?

J0148-4214 jest tak odległa, że jej światło dociera do Ziemi dopiero po 12,5 miliarda lat. Oznacza to, że naukowcy widzą tę galaktykę w stanie sprzed epoki, gdy Wszechświat miał około 1,3 miliarda lat. Właśnie w takim "młodym kosmosie" zaobserwowano rzadki układ: trzy supermasywne czarne dziury współistniejące w jednej galaktyce, potencjalnie na drodze do zbliżenia.

Dotąd nie udało się uchwycić trzech aktywnych czarnych dziur w pojedynczej galaktyce z tak wczesnego etapu ewolucji kosmosu. Kierująca badaniami Hannah Übler z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka podkreśliła, że to pierwsza obserwacja trzech aktywnych czarnych dziur w jednej galaktyce w odległym Wszechświecie. Wynik ma istotne znaczenie dla zrozumienia, jak sprawnie mogło dochodzić do bliskich spotkań i łączenia supermasywnych czarnych dziur już w początkach historii galaktyk.

W centrum J0148-4214 znajdują się dwa obiekty rozdzielone przestrzenią wynoszącą zaledwie 620 lat świetlnych. Jedna z czarnych dziur ma masę 80 mln mas Słońca, druga jest znacznie lżejsza – około 600 tys. mas Słońca – ale szybko zwiększa masę. Jej wzrost ma zachodzić dzięki akrecji w tempie przekraczającym to, co zakłada tzw. ograniczenie Eddingtona. Taki przyspieszony scenariusz może jednak utrzymywać się tylko przez krótki czas, zanim pojawi się mechanizm hamujący dalszą akrecję.

Trzeci obiekt nie leży w samym centrum J0148-4214. Jest odsunięty o około 5,5 tys. lat świetlnych i ma masę rzędu 2 milionów mas Słońca. To – jak wyliczają naukowcy – mniej więcej połowa masy czarnej dziury znajdującej się w sercu Drogi Mlecznej. Badacze dopuszczają, że ta czarna dziura mogła znaleźć się w J0148-4214 wskutek łączenia się galaktyk na wcześniejszym etapie ewolucji Wszechświata.

Kluczowe okazały się obserwacje Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, który pozwolił prześledzić ruch gazu w otoczeniu tych obiektów. Giovanni Mazzolari z Instytutu Maxa Plancka wyjaśnił, że dane JWST umożliwiły nie tylko identyfikację trzech czarnych dziur, ale też oszacowanie ich mas, tempa akrecji oraz masy gwiazdowej galaktyki.

Choć taki układ może prowadzić do przyszłego połączenia czarnych dziur, nie ma pewności, że wszystkie trzy finalnie się zjednoczą. Naukowcy zwracają uwagę, że trzecia czarna dziura może w pewnym scenariuszu oddalać się od pozostałych i nigdy do nich nie "wrócić". O tym, jak potoczą się losy układu, decyduje tzw. klasyczny problem trzech ciał, w którym wymiana energii i pędu może przekładać się na trudne do przewidzenia trajektorie.

Obecnie działające detektory fal grawitacyjnych potrafią rejestrować sygnały pochodzące ze zderzeń czarnych dziur o masach gwiazdowych, natomiast fuzje supermasywnych czarnych dziur pozostają poza ich zasięgiem. Szansę na zmianę mają dać przyszłe przedsięwzięcia – w tym europejska misja LISA, planowana na lata 30. XXI wieku, która może pozwolić na bezpośrednie "usłyszenie" takich kosmicznych kolizji. Odkrycie w J0148-4214 uznaje się za ważny krok w stronę lepszego zrozumienia, jak ewoluowały galaktyki oraz czarne dziury w młodym Wszechświecie.