Kosminė sensacija: mokslininkai rado juodąją skylę, lekiančią per galaktiką milžinišku greičiu

Įsivaizduokime, kad tai būtų buvęs ne asteroidas, o kur kas didesnis ir greitesnis objektas – juodoji bedugnė (juodoji skylė), keliaujanti maždaug 3 000 km per sekundę greičiu. Tokiu atveju jos nepastebėtume, kol milžiniška gravitacija nepradėtų išderinti išorinių planetų orbitų.

Skamba fantastika, tačiau pastaraisiais metais keli nepriklausomi tyrimai parodė, kad toks „svečių“ scenarijus visai nėra neįmanomas. Astronomai užfiksavo akivaizdžius bėgančių supermasyvių juodųjų skylių pėdsakus kitose galaktikose ir rado įrodymų, kad turi egzistuoti ir mažesni, praktiškai nematomi jų „pusbroliai“.

Teorija: kaip gimsta bėgančios juodosios skylės

Istorija prasideda XX a. 7-ajame dešimtmetyje, kai Naujosios Zelandijos matematikas Roy’us Kerras išsprendė Einsteino bendrosios reliatyvumo teorijos lygtis ir aprašė besisukančias juodąsias skyles. Šis darbas atvedė prie dviejų itin svarbių išvadų.

Pirma – vadinamasis „beplaukės juodosios skylės“ (angl. no-hair) teorema teigia, kad juodąsias skyles vienareikšmiškai nusako tik trys jų savybės: masė, sukimasis (sukimosi momentas) ir elektrinis krūvis.

Antra – reikia prisiminti Einsteino formulę E = mc², kuri byloja, jog energija yra lygiavertė masei. Kerr’o sprendinys parodė, kad iki maždaug 29 % juodosios skylės masės gali būti užkoduota jos sukamajame (rotaciniame) judėjime – t. y. sukinio energijoje.

Prieš maždaug 50 metų anglų fizikas Rogeris Penrose’as parodė, kad ši sukinio energija gali būti išgauta: besisukanti juodoji skylė veikia tarsi milžiniškas energijos „akumuliatorius“, galintis išlaisvinti milžiniškus energijos kiekius.

Juodoji skylė gali turėti maždaug 100 kartų daugiau išgaunamos energijos negu tokios pačios masės žvaigždė. Jei dvi juodosios skylės susijungia, didžioji šios energijos dalis gali būti išspinduliuota vos per kelias sekundes.

Prireikė dviejų dešimtmečių itin sudėtingų superkompiuterinių skaičiavimų, kol tapo aišku, kas vyksta susiduriant ir susiliejant dvejetai besisukančių juodųjų skylių: jos išskiria gravitacines bangas.

Priklausomai nuo to, kaip yra orientuoti abiejų juodųjų skylių sukiniai, gravitacinės bangos gali būti išspinduliuotos labai netolygiai – daug intensyviau į vieną pusę nei į kitas. Dėl šios asimetrijos susiformavusi galutinė juodoji skylė lyg raketa „spyriais“ gravitacinių bangų kryptimi išmetama priešinga kryptimi.

Jei dviejų susiduriančių juodųjų skylių sukiniai išsidėstę „tinkamai“, galutinė juodoji skylė gali būti pagreitinta iki tūkstančių kilometrų per sekundę greičio.

Gravitacinių bangų observatorijų duomenys

Daug kas ilgą laiką buvo tik teorija, kol 2015 m. gravitacinių bangų observatorijos LIGO ir „Virgo“ pradėjo fiksuoti juodųjų skylių susiliejimų signalus – būdingus jų „čirpimus“ gravitacinių bangų spektre.

Vienas įdomiausių atradimų buvo vadinamieji juodųjų skylių „nuskambėjimai“ (angl. ringdown) – tai naujai susiformavusios juodosios skylės virpesiai, primenantys analogoje garsą skambtelėjus į derintuvą. Pagal šį „skambėjimą“ galima spręsti apie juodosios skylės sukimąsi: kuo ji sukasi greičiau, tuo ilgiau tęsiasi virpesiai.

Vis tikslesni dvinarės juodosios skylės susiliejimo stebėjimai parodė, kad kai kurių porų sukinio ašys orientuotos visiškai atsitiktinai, o daugeliu atvejų jų sukinio energija yra labai didelė.

Visa tai rodo, kad bėgančios juodosios skylės yra visiškai reali galimybė. Judėdamos maždaug 1 % šviesos greičio, jos galaktikose nebesektų įprastų išlenktų žvaigždžių orbitų, o skrietų beveik tiesiomis trajektorijomis.

Bėgančios juodosios skylės, užfiksuotos galaktikose

Pats sudėtingiausias uždavinys – aptikti palyginti nedideles bėgančias juodąsias skyles. Tačiau jei bėga supermasyvi juodoji skylė, kurios masė siekia milijoną ar net milijardą Saulės masių, jos poveikis žvaigždėms ir dujoms aplink ją bus milžiniškas.

Tokios juodosios skylės, keliaudamos per galaktiką, turėtų palikti ilgas, tiesias žvaigždžių „peterkes“ – panašiai kaip reaktyviniai lėktuvai danguje palieka kondensacinių debesų ruožus. Žvaigždės formuotųsi iš dujų ir dulkių, kurias pritrauktų praskriejanti juodoji skylė. Šis procesas galėtų trukti dešimtis milijonų metų, kol bėganti juodoji skylė kerta galaktiką.

2025 m. keli tyrimai parodė nuotraukas, kuriose galaktikose aiškiai matyti neįprastai tiesūs žvaigždžių ruožai. Jie laikomi įtikinamu bėgančių juodųjų skylių egzistavimo įrodymu.

Viename darbe, kuriam vadovavo Jeilio universiteto astronomas Pieteris van Dokkumas, aprašoma tolimos galaktikos, nufotografuotos „James Webb“ kosminiu teleskopu, stebėsena. Joje aptikta ryški žvaigždžių peterkė, nusidriekusi apie 200 000 šviesmečių. Analizuojant duomenis paaiškėjo, kad peterkės savybės atitinka gravitacinio dujų suspaudimo efektus, būdingus praskriejant juodajai skylei. Šis atvejis leidžia daryti prielaidą, kad tai – maždaug 10 mln. Saulės masių juodoji skylė, judanti beveik 1 000 km/s greičiu.

Kitame tyrime aptiktas ilgas, tiesus „pėdsakas“, kertantis galaktiką NGC 3627. Jis, ko gero, susijęs su juodąja skyle, kuri yra apie 2 mln. kartų masyvesnė už Saulę ir juda maždaug 300 km/s greičiu. Šios peterkės ilgis – apie 25 000 šviesmečių.

Jei egzistuoja tokios milžiniškos bėgančios juodosios skylės, beveik neabejotina, kad turėtų egzistuoti ir mažesnės. Gravitacinių bangų stebėjimai rodo, jog dalis juodųjų skylių susilieja taip, kad jų sukiniai yra priešingai orientuoti – būtent taip sukuriami patys galingiausi „spyriai“. Šie greičiai visiškai pakankami, kad juodosios skylės ištrūktų iš savo galaktikų ir keliautų tarp jų.

Ką tai reiškia mums?

Bėgančios juodosios skylės, plėšančios galaktikas ir skriejančios tarp jų, tampa nauju, intriguojančiu Visatos ingredientu. Nors tikimybė labai maža, teoriškai nėra neįmanoma, kad kada nors viena iš jų pasirodytų ir mūsų Saulės sistemos kaimynystėje – su potencialiai katastrofiškomis pasekmėmis planetų orbitoms.

Tačiau dėl to nerimauti kasdien tikrai nereikia. Tikimybė yra menka. Šis atradimas – dar viena detalė, dar vienas sluoksnis, dėl kurio mūsų Visatos istorija tampa dar sudėtingesnė, turtingesnė ir įdomesnė nei iki šiol manėme.