Ένας «αχόρταγος» γαλαξίας, που υπήρχε λιγότερο από 1,3 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang), κρύβει στο εσωτερικό του ένα σπάνιο κοσμικό φαινόμενο: ένα τρίο από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που έχουν εμπλακεί σε έναν βαρυτικό «χορό θανάτου», ο οποίος πολύ πιθανό να καταλήξει στη συγχώνευσή τους σε ένα ασύλληπτου μεγέθους μεγαθήριο.
Οι επιστήμονες έκαναν τη συγκεκριμένη ανακάλυψη σε έναν γαλαξία τόσο μακρινό, που το φως του ταξίδευε 12,5 δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσει σε εμάς. Πρόκειται για την πρώτη φορά που εντοπίζονται τρεις ενεργές μαύρες τρύπες στον ίδιο γαλαξία στο πρώιμο σύμπαν.
«Αυτό υποδηλώνει ότι οι διεργασίες στο πρώιμο σύμπαν ήταν εξαιρετικά αποτελεσματικές στο να φέρνουν κοντά τεράστιες μαύρες τρύπες, προετοιμάζοντας το έδαφος για τις γιγάντιες συγχωνεύσεις που περιμένουμε να ανιχνεύσουμε με τα μελλοντικά παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων», δήλωσε η Χάνα Ούμπλερ, αστρονόμος στο Ινστιτούτο Εξωγήινης Φυσικής Max Planck στη Γερμανία, η οποία ηγήθηκε της μελέτης που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Astronomy & Astrophysics.
Πώς το James Webb «είδε» το αόρατο
Ο γαλαξίας, που φέρει την κωδική ονομασία J0148-4214, βρίσκεται τόσο μακριά που το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) δεν μπορούσε να δει τις μαύρες τρύπες απευθείας. Αντ’ αυτού, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το φασματόμετρο κοντινής υπέρυθρης ακτινοβολίας (NIRSpec) για να μετρήσουν την κίνηση του αερίου υδρογόνου, το οποίο στροβιλίζεται με ιλιγγιώδη ταχύτητα στους δίσκους προσαύξησης γύρω από κάθε μαύρη τρύπα.
«Τα δεδομένα του JWST μας επέτρεψαν όχι μόνο να εντοπίσουμε τις τρεις μαύρες τρύπες, αλλά και να υπολογίσουμε τις μάζες τους, τους ρυθμούς απορρόφησης ύλης και την αστρική μάζα του γαλαξία, η οποία υπολογίζεται σε περίπου 1,3 δισεκατομμύρια ήλιους», εξήγησε ο Τζιοβάνι Ματζολάρι, μέλος της ερευνητικής ομάδας.
Τα χαρακτηριστικά του κοσμικού «τρίο»
Ο πυρήνας: Δύο από τις μαύρες τρύπες βρίσκονται στο κέντρο του J0148-4214, σε απόσταση 620 ετών φωτός η μία από την άλλη.
Οι μάζες: Η μία είναι ένα πραγματικό «τέρας» με μάζα 80 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο μας. Η δεύτερη είναι συγκριτικά μικροσκοπική, στις 600.000 ηλιακές μάζες.
Το «γεύμα»: Παρά το μικρό της μέγεθος, η δεύτερη μαύρη τρύπα αναπτύσσεται ραγδαία, καταβροχθίζοντας αέρια με ρυθμό ταχύτερο από το «όριο Έντινγκτον» (Eddington limit) – το θεωρητικό μέγιστο όριο απορρόφησης ύλης.
Ο τρίτος «παίκτης»: Η τρίτη μαύρη τρύπα βρίσκεται 5.500 έτη φωτός μακριά από το κέντρο και έχει μάζα 2 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο (περίπου το μισό μέγεθος της μαύρης τρύπας Τοξότης Α* στο κέντρο του δικού μας γαλαξία). Εικάζεται ότι έφτασε στον γαλαξία μέσω παλαιότερων γαλαξιακών συγχωνεύσεων.
Το «πρόβλημα των τριών σωμάτων» και η διαγαλαξιακή έξοδος
Μια ενδιαφέρουσα ανατροπή στην ανακάλυψη είναι ότι η τρίτη μαύρη τρύπα μπορεί τελικά να μην συγκρουστεί με τις άλλες δύο, αλλά να αποτελέσει θύμα του κλασικού «προβλήματος των τριών σωμάτων» της φυσικής.
Είναι πιθανό οι δύο μικρότερες μαύρες τρύπες να εισήλθαν στον γαλαξία ως δυαδικό ζεύγος. Καθώς πλησίαζαν την τεράστια μαύρη τρύπα των 80 εκατομμυρίων ηλιακών μαζών, η μεγαλύτερη ενδέχεται να «άρπαξε» τη μικρότερη, εκσφενδονίζοντας τη μεσαία (των 2 εκατ. μαζών) μακριά με ιλιγγιώδη ταχύτητα.
Προς το παρόν, είναι αδύνατο να μετρηθεί η ακριβής κατεύθυνση της τρίτης μαύρης τρύπας. Αν όντως εκδιώχθηκε από το σύστημα, ίσως περιπλανιέται ακόμη και σήμερα, 12,5 δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα, μόνη και σκοτεινή στον αχανή διαγαλαξιακό χώρο.
Αναμένοντας τα βαρυτικά κύματα
Οι συγχωνεύσεις υπερμεγέθων μαύρων τρυπών παράγουν βαρυτικά κύματα με πολύ μεγάλο μήκος κύματος, τα οποία δεν μπορούν να ανιχνευθούν από τα σημερινά επίγεια παρατηρητήρια (όπως το LIGO, το Virgo και το KAGRA). Για την καταγραφή τους, η Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία (ESA) σχεδιάζει την εκτόξευση της αποστολής LISA (Laser Interferometer Space Antenna) στα μέσα της δεκαετίας του 2030, ένα διαστημικό τρίγωνο ανιχνευτών εκατομμυρίων χιλιομέτρων που θα ρίξει φως σε αυτά τα τιτάνια κοσμικά γεγονότα.