Pernai astronomus sužavėjo pro Saulės sistemą praskriejęs asteroidas, atkeliavęs iš tolimų tarpžvaigždinių erdvių. Jo greitis siekė apie 68 kilometrus per sekundę – daugiau nei dvigubai didesnis už Žemės skriejimo aplink Saulę greitį.
Įsivaizduokime, kad tai būtų buvęs ne asteroidas, o gerokai didesnis ir dar greitesnis objektas – juodoji skylė, keliaujanti maždaug 3 000 km per sekundę greičiu. Tokiu atveju jos greičiausiai nepastebėtume tol, kol milžiniška gravitacija nepradėtų pastebimai trikdyti išorinių planetų orbitų.
Skamba kaip fantastika, tačiau pastaraisiais metais keli nepriklausomi tyrimai parodė, kad toks „svečio“ scenarijus nėra neįmanomas. Astronomai kitose galaktikose aptiko aiškių bėgančių supermasyvių juodųjų skylių pėdsakų ir rado požymių, jog turėtų egzistuoti ir mažesni, praktiškai nepastebimi jų „pusbroliai“.
Teorija: kaip gimsta bėgančios juodosios skylės
Šios idėjos ištakos siekia XX a. 7-ąjį dešimtmetį, kai Naujosios Zelandijos matematikas Roy’us Kerras išsprendė Einsteino bendrosios reliatyvumo teorijos lygtis ir aprašė besisukančias juodąsias skyles. Šis darbas atvedė prie dviejų ypač svarbių išvadų.
Pirma, vadinamoji „beplaukės juodosios skylės“ teorema (angl. no-hair) teigia, kad juodąją skylę vienareikšmiškai nusako tik trys savybės: masė, sukimasis (sukimosi momentas) ir elektrinis krūvis.
Antra, verta prisiminti Einsteino formulę E = mc², kuri rodo, kad energija yra lygiavertė masei. Kerro sprendinys atskleidė, jog iki maždaug 29 % juodosios skylės masės gali būti „užrakinta“ jos sukamajame judėjime, t. y. sukinio energijoje.
Maždaug prieš 50 metų britų fizikas Rogeris Penrose’as parodė, kad šią sukinio energiją teoriškai galima išgauti: besisukanti juodoji skylė veikia tarsi milžiniškas energijos „akumuliatorius“, galintis išlaisvinti neįtikėtinus energijos kiekius.
Juodoji skylė gali turėti maždaug 100 kartų daugiau išgaunamos energijos nei tokios pačios masės žvaigždė. Jei dvi juodosios skylės susilieja, didelė šios energijos dalis gali būti išspinduliuota vos per kelias sekundes.
Prireikė dviejų dešimtmečių ypač sudėtingų superkompiuterinių skaičiavimų, kol tapo aišku, kas vyksta susiduriant ir susiliejant dviem besisukančioms juodosioms skylėms: jos skleidžia gravitacines bangas.
Priklausomai nuo to, kaip orientuotos abiejų juodųjų skylių sukinio ašys, gravitacinės bangos gali būti spinduliuojamos labai netolygiai – kur kas intensyviau į vieną pusę nei į kitas. Dėl tokios asimetrijos susiformavusi galutinė juodoji skylė tarsi „spiriama“ gravitacinių bangų kryptimi ir išmetama į priešingą pusę.
Jei dviejų susiduriančių juodųjų skylių sukiniai išsidėsto palankiai, galutinė juodoji skylė gali būti pagreitinta iki kelių tūkstančių kilometrų per sekundę greičio.
Gravitacinių bangų observatorijų duomenys
Ilgą laiką tai buvo daugiausia teoriniai svarstymai, 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 vadinamasis juodųjų skylių „nuskambėjimas“ (angl. ringdown) – naujai susiformavusios juodosios skylės virpesiai, primenantys garsą, girdimą trinktelėjus į derintuvą. Iš šio „skambėjimo“ 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 beveik atsitiktinai, o daugeliu atvejų jų sukinio energija yra labai didelė.
Tai leidžia manyti, 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
Sunkiausia – aptikti palyginti nedideles bėgančias juodąsias skyles. Tačiau jei bėga supermasyvi juodoji skylė, kurios masė siekia milijoną ar net milijardą Saulės masių, jos poveikis aplinkinėms žvaigždėms ir dujoms būtų milžiniškas.
Tokios juodosios skylės, keliaudamos per galaktiką, turėtų palikti ilgus, tiesius žvaigždžių ruožus – panašiai kaip reaktyviniai lėktuvai danguje palieka kondensacinių debesų pėdsakus. Žvaigždės formuotųsi iš dujų ir dulkių, kurias pritrauktų praskriejanti juodoji skylė. Šis procesas galėtų trukti dešimtis milijonų metų, kol bėganti juodoji skylė kirstų galaktiką.
2025 m. keli tyrimai paskelbė 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, aprašyta tolimos galaktikos stebėsena kosminiu teleskopu „James Webb“. Joje aptiktas ryškus žvaigždžių ruožas, nusidriekęs apie 200 000 šviesmečių. Analizuojant duomenis paaiškėjo, kad šio ruožo savybės atitinka gravitacinio dujų suspaudimo efektus, kurie tikėtini praskriejant juodajai skylei. Šis atvejis leidžia spėti, 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, tikėtina, susijęs su juodąja skyle, kuri yra apie 2 mln. kartų masyvesnė už Saulę ir juda maždaug 300 km/s greičiu. Šio ruožo ilgis siekia apie 25 000 šviesmečių.
Jei egzistuoja tokios milžiniškos bėgančios juodosios skylės, beveik neabejotina, kad turėtų egzistuoti ir mažesnės. Gravitacinių bangų stebėjimai rodo, kad dalis juodųjų skylių susilieja taip, jog jų sukiniai būna priešingai orientuoti – būtent taip sukuriami patys galingiausi „spyriai“. Tokio dydžio greičių pakanka, kad juodosios skylės ištrūktų iš savo galaktikų ir klajotų tarpgalaktinėje erdvėje.
Ką tai reiškia mums?
Bėgančios juodosios skylės, galinčios kirsti galaktikas ir skrieti tarp jų, tampa nauju, intriguojančiu Visatos „ingredientu“. Nors tikimybė itin maža, teoriškai nėra neįmanoma, kad kada nors viena iš jų pasirodytų ir mūsų Saulės sistemos kaimynystėje – su potencialiai katastrofiškomis pasekmėmis planetų orbitoms.
Vis dėlto kasdien dėl to nerimauti tikrai nereikia: tokio įvykio tikimybė menka. Šie atradimai veikiau primena, kad Visatos istorija turi daugiau sluoksnių, nei ilgą laiką įsivaizdavome, ir kad net gerai pažįstami dangaus procesai gali turėti netikėtų, dramatiškų išimčių.
