Trumpas gama ir rentgeno spindulių blyksnis, 2024 m. lapkritį užfiksuotas Žemės teleskopais, galėjo kilti iš netikėto šaltinio.
Vos keliomis sekundėmis anksčiau iš to paties nedidelio dangaus regiono detektorių tinklas „LIGO-Virgo-KAGRA“ užfiksavo gravitacinių bangų signalą, būdingą dviejų juodųjų skylių susidūrimui. Tokie įvykiai yra vieni ekstremaliausių Visatoje, tačiau paprastai manoma, kad jie neturėtų skleisti aptinkamos šviesos.
Astronomo Shu-Rui Zhanga vadovaujama Kinijos Mokslo ir technologijų universiteto komanda šį neįprastą sutapimą sieja su dar neįprastesnėmis galimomis aplinkybėmis: tyrėjų teigimu, susidūrimas galėjo įvykti milžiniškame, besisukančiame dulkių ir dujų diske, kuris supa trečią – supermasyvią – juodąją skylę, esančią šeimininkės galaktikos aktyviajame branduolyje (AGN).
Nors iš daugiau kaip 4,2 mlrd. šviesmečių atstumo tai patvirtinti sudėtinga, pats faktas, kad gravitacinių bangų signalą netrukus lydėjo šviesos blyksnis, rodo: kai susiklosto itin palankios sąlygos, juodųjų skylių susidūrimai gali būti lydimi aptinkamo spinduliavimo.
„Mūsų modelis leidžia daryti prognozes ir parodo, kaip svarbu tiksliau apriboti susijungimo orbitos ekscentriškumą bei atlikti giliuosius šeimininkės galaktikos stebėjimus, kad būtų galima patikrinti mūsų paaiškinimą“, – rašo tyrėjai.
Nuo 2015 m., kai pirmą kartą buvo tiesiogiai užfiksuotos gravitacinės bangos, tokių erdvėlaikio „raibulių“ katalogas išaugo iki šimtų įrašų. Nors ne visi signalai iki galo ištirti ar patvirtinti, dauguma jų siejami su dviejų juodųjų skylių – tankiausių Visatos objektų – susidūrimais.
Didžioji dalis šių susidūrimų buvo visiškai „tamsūs“. Mokslininkai ne kartą bandė rasti šviesos atitikmenį, tačiau duomenys rodo, kad susijungus dviem mažesnėms juodosioms skylėms ir susiformavus didesnei, galimi „fejerverkai“, jei jie apskritai įvyksta, lieka už įvykių horizonto.
2024 m. lapkričio 25 d. gravitacinių bangų įvykis, pavadintas S241125n, išsiskyrė. Signalas užfiksuotas „LIGO-Virgo-KAGRA“ detektoriuose visame pasaulyje ir perspėjo apie juodųjų skylių susijungimą maždaug už 4,2 mlrd. šviesmečių. Po jo, kaip manoma, susiformavo apie 150 Saulės masių dydžio objektas.
Maždaug po 11 sekundžių keli rentgeno spindulių stebėjimo prietaisai užfiksavo rentgeno blyksnį, o taip pat – gama spindulių pliūpsnį iš tos pačios dangaus srities, kurioje fiksuotos gravitacinės bangos. Tyrėjų skaičiavimais, tikimybė, kad tai būtų nesusijęs sutapimas, yra maža – tokia „atsitiktinė“ situacija galėtų pasitaikyti maždaug kartą per 30 metų stebėjimų.
Kadangi gravitacija ir šviesa sklinda tuo pačiu greičiu, stebėjimų seka leidžia manyti, jog pirma įvyko susijungimas, o netrukus po jo pasirodė ryškus spinduliavimo pliūpsnis.
Juodosios skylės pačios savaime neskleidžia aptinkamos šviesos, be to, daugybė susijungimų vyksta be jokio šviesos signalo. Dėl to tyrėjai padarė išvadą, kad turėjo veikti papildomas mechanizmas.
Vienas itin ryškus reiškinys, susijęs su juodosiomis skylėmis, yra medžiagos rijimas – akrecija. Kai juodąją skylę supa medžiaga, ji gali sudaryti diską, kuris dėl gravitacijos ir trinties įkaista iki milžiniškų temperatūrų. Toks diskas yra vienas šviesos šaltinių. Kitas šaltinis – astrofiziniai čiurkšlių srautai, kurie, kaip manoma, formuojasi, kai medžiaga nukreipiama ir pagreitinama magnetinių laukų linijomis šalia įvykių horizonto, o tuomet didžiuliais greičiais išmetama iš polių.
Po S241125n užfiksuotas gama spindulių pliūpsnis turėjo ir neįprastų bruožų, lyginant su tipiniais gama pliūpsniais, kylančiais dėl branduolio kolapso supernovų ar neutroninių žvaigždžių susijungimų.
Zhangas ir kolegos svarstė, kad tai galėtų paaiškinti greitos akrecijos epizodas. Tačiau tam, kad naujai susiformavusi juodoji skylė staiga pradėtų intensyviai „maitintis“, pats susidūrimas turi vykti aplinkoje, kurioje jau yra pakankamai medžiagos.
Tyrėjai modeliavo situaciją, kai dvi žvaigždinės masės juodosios skylės susiduria akrecijos diske, priklausančiame daug didesnei supermasyviai juodajai skylei, kurios masė siekia nuo milijonų iki milijardų Saulės masių ir kuri aktyviai kaupia medžiagą galaktikos centre.
Kai susiduria nevienodų masių juodosios skylės, netolygus masės pasiskirstymas susijungimo metu gali suteikti naujai susiformavusiai juodajai skylei vadinamąjį „gimimo spyrį“ ir ją „išsviesti“ tam tikra kryptimi.
Pagal komandos simuliacijas, toks „gimimo spyris“ AGN akrecijos diske nusiųstų naująją juodąją skylę į tankias dujas ir dulkes. Tai galėtų sukelti staigią akreciją ir suformuoti čiurkšles, kurių savybės primintų stebėtą gama spindulių pliūpsnį.
Toks scenarijus atrodo tikėtinas: galaktikų centrai yra itin „judrios“ zonos, kuriose aptinkama daug įvairių objektų, įskaitant mažesnes juodąsias skyles ir juodųjų skylių poras, palaipsniui artėjančias prie centro.
Nors hipotezei patvirtinti reikia daugiau įrodymų, ji pateikia intriguojantį paaiškinimą, kaip galaktikų centruose vykstantys procesai galėtų susieti gravitacines bangas su elektromagnetiniais signalais.
„Būsimi S241125n ir panašių įvykių tyrimai gali suteikti gilesnių įžvalgų apie juodųjų skylių susijungimų fundamentalią fiziką ir jų vaidmenį platesniame kosminiame kontekste, galimai atskleidžiant naujus ryšius tarp gravitacinių bangų, elektromagnetinių signalų ir aplinkos, kurioje vyksta šie nepaprasti reiškiniai“, – rašo mokslininkai.
Tyrimas publikuotas žurnale „The Astrophysical Journal Letters“.
