Astronomowie, którzy zaobserwowali poruszającą się czarną dziurę są zaskoczeni. Nie wiedzą, co sprawiło, że została „uruchomiona”, bo wprawienie tak gigantycznej masy w ruch musiało wymagać ogromnej siły. 

– Nie spodziewamy się, że większość innych supermasywnych czarnych dziur będzie się poruszać. Zwykle zadowalają się po prostu siedzeniem – zapewnia Dominic Pesce, kierownik badań i astronom z Harvard and Smithsonian Center for Astrophysics.

Naukowcy już wcześniej podejrzewali, że możliwe jest, aby czarne dziury się poruszały. Postanowili jednak znaleźć dowody na poparcie swojej teorii. Rozpoczynając poszukiwania tak rzadkiego zjawiska, porównali prędkości 10 supermasywnych czarnych dziur z galaktykami, w których utworzyły swoje centrum. Naukowcy skupili się na czarnych dziurach, w których zaobserwowano wodę wewnątrz dysków akrecyjnych (struktur uformowanych przez pył i gaz orbitujące wokół czarnej dziury).

Dlaczego poszukiwali akurat wody? Live Science wyjaśnia, że gdy woda okrąża czarną dziurę, zderza się z innym materiałem. Elektrony otaczające atomy wodoru i tlenu (tworzące cząsteczki wody) zostają wówczas pobudzone do wyższych poziomów energii. Kiedy te elektrony powracają do stanu podstawowego, emitują wiązkę promieniowania mikrofalowego podobnego do lasera, zwaną maserem.

Dzięki obserwacji światła masera i korzystając z kosmicznego zjawiska znanego jako przesunięcie ku czerwieni (oddalone obiekty mają światło rozciągnięte do dłuższych, czyli podczerwonych fal), astronomowie byli w stanie zmierzyć prędkość poruszającej się czarnej dziury. Aby tego dokonać porównali obecną lokalizację światła masera z jego wcześniej znaną częstotliwością. To pokazało, czy dana czarna dziura jest w ruchu. 

Następnie naukowcy przeprowadzili dodatkowe obserwacje, używając techniki zwanej interferometrią o bardzo długiej linii bazowej (VLBI). Dzięki tej technice mogli połączyć obrazy z kilku teleskopów i w ten sposób precyzyjnie zmierzyć prędkość czarnych dziur.

Z 10 poddanych analizie czarnych dziur dziewięć pozostawało w spoczynku, a tylko jedna była w ruchu. Chociaż prędkość 177 000 km/h jest ogromna, nie jest to najszybsza supermasywna czarna dziura. Już wcześniej zarejestrowano supermasywną czarną dziurę pędzącą w kosmosie z prędkością 7,2 miliona km/h – informowało w 2017 roku czasopismo Astronomy & Astrophysics.

Naukowcy nie wiedzą, co mogło spowodować, że tak ciężki obiekt porusza się z tak dużą prędkością, ale zaproponowali dwa możliwe wyjaśnienia zjawiska. 

– Być może obserwujemy następstwa połączenia dwóch supermasywnych czarnych dziur. W wyniku takiego połączenia nowo narodzona czarna dziura może się cofnąć, a my możemy obserwować ją w trakcie odrzutu lub gdy ponownie się uspokaja – wyjaśnia Jim Condon, radioastronom z National Radio Astronomy Observatory. 

Druga możliwość jest uważana za znacznie rzadszą i bardziej nowatorską. Zakłada, że supermasywna czarna dziura może być częścią układu tworzonego z inną czarną dziurą, która pozostaje niewidoczna dla dotychczasowych pomiarów.

– Pomimo wszelkich oczekiwań, że powinny być tam w pewnej obfitości, naukowcom trudno było zidentyfikować wyraźne przykłady podwójnych supermasywnych czarnych dziur. To, co mogliśmy zobaczyć w galaktyce J0437 + 2456, to jedna z czarnych dziur pozostających w takiej parze, a druga prawdopodobnie jest niewidoczna dla naszych obserwacji radiowych z powodu braku emisji masera – mówi Pesce.

Jeśli pędząca supermasywna czarna dziura jest ciągnięta przez jeszcze większą, niewidoczną dla nas, może to wyjaśniać, dlaczego ta znana porusza się tak szybko. Jednak udowodnienie tego twierdzenia wymagałoby dalszych obserwacji, a przede wszystkim udowodnienia istnienia układów podwójnych czarnych dziur. 

Pełne wyniki badań zostały opublikowane w The Astrophysical Journal.