Velké černé díry putují galaxií?

Nová simulační práce naznačuje, že galaxie jako Mléčná dráha by mohly být domovem tuctu superhmotných černých děr.

Obrovská černá díra sedí v mrtvém středu Mléčné dráhy. Totéž platí pro většinu velkých galaxií ve vesmíru. Když se neomítají na plyn a hvězdy nebo nevylévají plazmové trysky, zůstávají tyto černé díry relativně tiché.

Počítačem generovaný obraz černé díry způsobující zkreslení okolního světla.
Alain Riazuelo

Ale ne vždy zůstávají ve středu. Když se galaxie spojí, jejich plyn a hvězdy se přerozdělí a jejich superhmotné černé díry se ocitnou s výpovědí, zachycenou gravitací jiné galaxie. Časem mohou gravitační setkání poslat černou díru směrem do středu galaxie.

Astronomové si však stále více uvědomují, že když se galaxie sloučí, černé díry ne vždy migrují do jádra. Ve skutečnosti pouze malý zlomek fúzí nakonec vytvoří úzké páry středních černých děr. Problém je obzvláště akutní, když je jedna z galaxií mnohem menší (méně než desetina hmotnosti) než druhá: Menší složky galaxií mohou trvat déle, než je věk vesmíru, než se propadnou do velké galaxie Jádro.

V důsledku toho by velké galaxie měly hrát hostitele velkého počtu svinutých galaktických jader a jejich černých děr. Podle toho, jak malou černou díru považujeme, odhadují astronomové, že desítky z nich by se mohly skrývat na okrajích galaxií. Kolik jich může mít systém jako Mléčná dráha?

Celá spousta černých děr

Abychom lépe porozuměli tomu, co se v tomto procesu děje, Michael Tremmel (Yale) a jeho kolegové pečlivě prozkoumali, jak by se tyto putující černé díry pohybovaly v řádu miliard let. Tým použil vysoce výkonnou simulační sadu Romulus, která sleduje růst kosmické struktury v krychli počítačového prostoru asi 80 milionů světelných let na straně. V simulacích sledovali astronomové vývoj galaxií s hmotností Mléčné dráhy a jejich interakci s jejich hvězdnými metropolemi od brzy po narození vesmíru do současnosti. Dlouhá časová osa je rozhodující, protože fúze galaxií byly během prvních několika miliard let vesmírné historie mnohem běžnější.

Zobrazeny jsou dvě simulované galaxie, které tým studoval, ukázané ze strany (zleva) a obráceně. Bílé tečky označují supermasivní černé díry a šipky směr a velikost jejich rychlosti vzhledem k galaktickému středu. Jak vidíte, černé díry mají tendenci ležet mimo disk.
Tremmel M., Governato F., Volonteri M., Pontzen A., Quinn TR, 2018, The Astrophysical Journal Letters 2018, 857, L22

Když se při simulacích spojily dvě galaxie, černá díra menší galaxie byla zachycena ve vnějším dosahu větší galaxie. Poté je považován za obyvatele větší galaxie, i když není uložen ve spirálovém disku. Jak tým uvádí ve 20. Astrophysical Journal Letters, tým 26 výzkumných galaxií Mléčné dráhy, které vědci sledovali, skončil v průměru s 12 superhmotnými černými děrami. Pět z černých děr (opět v průměru) leží zhruba tak daleko od středů, jak se disky prodlužují.

Tým zjistil, že galaxie zachytily své černé díry brzy, v některých případech během prvních několika miliard let své existence, dříve, než se jejich kultovní spirály plně vytvořily. Člověk by si mohl myslet, že po celou tu dobu, po kterou by se ušetřily, by černé díry dlouho zapadly do center jejich galaxií. Ale jen někteří ano. Když fúze uložila černou díru poblíž roviny disku galaxie, měla spousta hvězd a plynu, aby s ní gravitačním způsobem působila a klesala do jádra poměrně rychle. Ti, kteří přežili jako poutníci, však následovali oběžné dráhy, které je držely daleko nad nebo pod disky galaxií, kde je málo hvězd nebo plynu. Černé díry tak nikdy neztratily orbitální energii a nikdy se nepřesunuly směrem k jádru - což je výsledek, který předchází práci.

Ale nepropadejte panice

Má tedy Mléčná dráha „extra“ obrovské černé díry? To je těžké říct. Nedávná pozorování naznačují, že černá díra střední velikosti - menší než ty, které jsou zde prozkoumány - by mohla udržovat centrální společnost naší galaxie, ale další astronomové o výsledku pochybují. Předběžná data Gaia také naznačovala, že Mléčná dráha za posledních 9 miliard let nezískala nic většího než Velký Magellanův mrak. Takže pokud jsou tam, byli tam už dlouho.

Pokud existují starověkí putující, nestrávili by příliš mnoho času na načechraném spirálovém disku, a tak pravděpodobně nemají moc plynu, aby se mohli rozhýbat. Bez zdroje potravy by byli do značné míry neviditelní. Kdyby byly stále obklopeny zbytkem své staré galaxie, pomohlo by to, ale hledání takových objektů neobjevilo žádné přesvědčivé příklady. Tým pracuje na způsobech, jak je hledat.

Abych tento blog neskončil na senzační poznámce, dodám, že není důvod se obávat, že nás v jeho záměrech má útočící supermasivní černá díra. Tým odhaduje, že naše sluneční soustava by narazila na jednoho z těchto putujících každých 100 miliard let . To je téměř desetinásobek věku vesmíru. Takže jsme vyloučeni strašně nepravděpodobné setkání, jsme v bezpečí.

Reference: M. Tremmel a kol. „Putování po superhmotných černých dírách v halách Mléčné dráhy.“ Astrophysical Journal Letters . 20. dubna 2018.