Hipervelocitetne zvijezde otkrivaju crnu rupu u susjednoj galaksiji

Zapanjujuća činjenica poznata tek posljednjih nekoliko decenija jeste da svaka velika galaksija u svemiru ima supermasivnu crnu rupu u svom središtu. Ta se pretpostavka pojavila 1980-ih godina, a teleskop Hubble je kasnije to i potvrdio, promatrajući jezgre brojnih galaksija širom svemira.

Dok se „normalne“ crne rupe koje nastaju eksplozijama zvijezda kreću između pet i stotinu puta mase Sunca, supermasivne crne rupe (SMBH) u središtima galaksija imaju mase koje dosežu milione ili čak milijarde puta veću masu od Sunca.

Međutim, brojna pitanja ostaju nerazjašnjena: kako su tako brzo nastale u ranoj historiji svemira, kako su narasle do tolikih razmjera, te koja je njihova uloga u formiranju matične galaksije. Jedno od zanimljivijih pitanja jeste: postoji li donja granica veličine galaksije koja još uvijek može sadržavati ovakvu crnu rupu?

Odgovori se počinju nazirati zahvaljujući proučavanju rijetkih zvijezda koje se velikom brzinom kreću kroz našu galaksiju.

Oko Mliječnog puta kruže patuljaste galaksije, od kojih su mnoge toliko male i tamne da ih je moguće vidjeti samo velikim teleskopima. Ipak, dvije su dovoljno velike i blizu da se mogu vidjeti golim okom s južne hemisfere – Veliki i Mali Magellanov oblak.

Veliki Magellanov oblak (LMC) je veći i bliži, ali nije poznato sadrži li supermasivnu crnu rupu. Ako ona postoji, očito je da je trenutno neaktivna jer se u njenoj blizini ne vidi intenzivno zračenje koje inače nastaje pri uvlačenju materije u crnu rupu.

Nova studija objavljena u Astrophysical Journalu nudi snažne dokaze da se supermasivna crna rupa ipak nalazi u središtu LMC-a – i to na osnovu posmatranja zvijezda u našoj galaksiji.

Studija se bavila hipervelocitetnim zvijezdama, koje se kreću kroz svemir nevjerovatnim brzinama, većim od tipičnih brzina zvijezda u galaksiji. Neke od tih zvijezda dostižu brzine potrebne za napuštanje Mliječnog puta, što znači da ih galaktička gravitacija više ne može zadržati.

 „S5-HVS1, prva potvrđena hipervelocitetna zvijezda, kreće se brzinom većom od 1.700 kilometara u sekundi – to je više od šest miliona kilometara na sat. Energetski impuls potreban za to je zastrašujući“, ističe se u tekstu.

Ove zvijezde vjerovatno potiču iz binarnih sistema – dva objekta koja orbitiraju jedan oko drugog. Ako se takav sistem nađe blizu trećeg objekta, moguće je da se jedan objekat zarobi, a drugi dobije ogroman energetski „šut“ i bude izbačen. U slučaju da je treći objekat crna rupa, taj „šut“ može rezultirati hipervelocitetnom zvijezdom.

Takve zvijezde smo već identifikovali u Mliječnom putu, a njihove putanje upućuju na to da su potekle iz središta galaksije – dakle, iz okoline supermasivne crne rupe Sagittarius A*.

Međutim, nisu sve otkrivene hipervelocitetne zvijezde potekle iz centra naše galaksije. Srećom, evropska svemirska misija Gaia omogućila je izuzetno precizna mjerenja položaja, udaljenosti, boje, kretanja i brzina više od milijardu zvijezda.

Trenutno je poznato 21 hipervelocitetna zvijezda na rubovima Mliječnog puta. Astronomi su uz pomoć Gaia podataka analizirali njihove trodimenzionalne putanje. Pet zvijezda ima neodređeno porijeklo, dok su dvije sigurno iz centra naše galaksije. Od preostalih 14, tri jasno dolaze iz pravca LMC-a.

Putanje tih zvijezda se praktično mogu pratiti unazad, a njihovo porijeklo upućuje upravo na supermasivnu crnu rupu. Osim toga, i od preostalih 11 zvijezda, šest je vjerovatnije poteklo iz LMC-a nego iz Mliječnog puta.

To znači da možda imamo čak devet poznatih hipervelocitetnih zvijezda koje su izbačene iz LMC-a – iz druge galaksije!

Računice pokazuju da bi masa te crne rupe mogla biti oko 600.000 puta veća od mase Sunca. Iako je to malo za SMBH, LMC je takođe mala galaksija – ima samo 1% mase Mliječnog puta – pa je ova masa u skladu s poznatim odnosom mase galaksije i mase centralne crne rupe.

Ako je ovo tačno, naš satelitski galaktički susjed izbacuje zvijezde u našem pravcu. Vjerovatno postoji još takvih zvijezda koje jure kroz prostor, ali ih još nismo otkrili, bilo zato što su s druge strane galaksije ili zato što su previše udaljene da bi ih mogli detektovati.

Ova otkrića nam pomažu da bolje razumijemo koliko „nisko“ po masi možemo ići kada tražimo galaksije sa supermasivnim crnim rupama.

Crne rupe su zaista čudni objekti. Ljudi se najčešće plaše da ne upadnu u neku od njih, ali sada možemo toj listi strahova dodati i „potrebu da izbjegavamo međugalaktičke zvjezdane metke“.