Dvije supermasivne crne rupe hrane se istovremeno u ranom svemiru

Riječ je o sustavu MG B2016+112 smještenom na crvenom pomaku 3,273, što znači da gledamo u razdoblje kada je svemir bio star svega oko dvije milijarde godina. Par je udaljen 175 parseka, odnosno 570 svjetlosnih godina, i time je najkompaktniji potvrđeni dvostruki aktivni galaktički jezgra (AGN) ikad zabilježen na tako visokom crvenom pomaku.

Studija je objavljena na arXiv preprint poslužitelju 25. rujna, a vode je znanstvenici Jianghao Huyan i Júlia M. Sisk-Reynés. Tim je analizirao arhivske spektre snimljene instrumentom VLT/MUSE, koristeći gravitacijsko lećenje — fenomen u kojem masivna galaksija između promatrača i udaljenog objekta toliko zakrivi prostor-vrijeme da svjetlost pozadinskog objekta savije i poveća, stvarajući više slika, lukova ili prstenova.

Kako se razdvajaju dva svjetla

Zahvaljujući lećenju, ista galaksija pojavljuje se u tri slike — označene A, B i C. Ranija radio i rendgenska promatranja sugerirala su da se radi o dvije crne rupe, no tek je spektroskopska analiza dala neovisnu potvrdu. Istraživači su iz arhivskih podataka iz 2018. izvukli spektralne informacije za svaku od tri slike, uklonili apsorpciju plinova naše galaksije i maskirali apsorpciju plina u blizini samog kvazara.

Zatim su mjerili jačinu emisijskih linija vodika, dušika, ugljika i helija. Većina omjera bila je previše zagađena apsorpcijom za usporedbu, ali jedan je prošao test: brojke su se poklopile za slike A i B, dok je slika C imala znatno nižu vrijednost.

To je jak dokaz da sliku C osvjetljava druga crna rupa. „Ovo pruža snažan spektroskopski dokaz da je C povezana s ionizirajućim izvorom različitim od onoga koji proizvodi A i B”, navode autori u radu.

Procjene masa, izvedene iz širine linije C IV, pokazale su slične vrijednosti. Crna rupa povezana sa slikama A i B ima najmanje 20 do 23 milijuna sunčevih masa, dok ona uz sliku C ima najmanje 15 milijuna sunčevih masa. Slične mase uklapaju se u scenarij u kojem su se spojile dvije slične galaksije, svaka donijevši vlastitu crnu rupu — što je „konzistentno s interpretacijom da je galaksija domaćin prošla kroz veliko spajanje”, objašnjavaju znanstvenici.

Zagonetka hranjenja

No pravo iznenađenje dolazi iz brzine kojom te crne rupe gutaju materiju. Procjene za A i B kreću se oko 47 i 51 posto maksimuma, dok je C na svega oko 4 posto. To podupire sliku dvostrukog sustava, ali ruši simulacije koje predviđaju da lakša crna rupa u paru jede brže — C je lakša, a hrani se sporije.

Sam tim upozorava da bi brzina hranjenja za C mogla biti neprecizna jer ovisi o povećanju, a korištena vrijednost je samo prosjek i može biti pogrešna. Znanstvenici pozivaju na promatranja u bliskom infracrvenom spektru kako bi se mase neovisno provjerile.

Za sada rezultati podupiru tezu da je MG B2016+112 dvostruki AGN, pri čemu slike A i B dolaze s jednog izvora, a slika C s drugog. „Na projiciranoj separaciji od 175 pc pri z = 3,273, ovaj sustav predstavlja najbliže razdvojeni potvrđeni dvostruki AGN identificiran do danas na tako visokom crvenom pomaku”, zaključuju autori.

Ovo otkriće nije samo astronomska zanimljivost. Ono otvara pitanje koje studija ne postavlja: ako su se dvije galaksije spojile tako rano u povijesti svemira, koliko je takvih parova promaklo dosadašnjim promatranjima zbog nemogućnosti razlikovanja bliskih svjetlosnih izvora? Gravitacijsko lećenje pokazalo se kao alat koji tu granicu pomiče — ali samo za objekte koje priroda sama poveća.

Ostaje i šira posljedica. Modeli rasta supermasivnih crnih rupa u ranom svemiru oslanjaju se na spajanja galaksija kao glavni mehanizam dovoda plina. Ako se parovi poput ovoga formiraju već dvije milijarde godina nakon Velikog praska, to znači da su se strukture formirale brže nego što pojedini modeli predviđaju — ili da su crne rupe rasle drugačijim putem nego što pretpostavljamo.