Črne luknje povezujemo predvsem s središči galaksij, toda nekatere lahko po velikih galaktičnih združitvah končajo daleč stran. Nova raziskava kaže, da lahko tam ostanejo milijarde let. Še bolj presenetljivo pa je, da bi njihov današnji položaj lahko ohranil sled dogodkov, ki so njihove galaksije oblikovali v daljni preteklosti.

Tavajoče črne luknje lahko daleč od središč galaksij ostanejo več milijard let. (slika: Dnevne Novice / AI ilustracija)

Črna luknja ni nujno tam, kjer bi jo pričakovali

Ko astronomi govorijo o velikih črnih luknjah, običajno najprej pomislimo na središča galaksij. Tudi v osrčju naše Rimske ceste je supermasivna črna luknja Strelec A*. A če bi astronomi iskali samo v središčih galaksij, bi del zgodbe lahko spregledali.

Emma Jane Weller in Priyamvada Natarajan z Univerze Yale ter Colin J. Burke z Univerze Severnega Teksasa so s pomočjo kozmološke simulacije ASTRID preučevali, kako so se skozi kozmično zgodovino spreminjale črne luknje in njihov položaj v galaksijah. Simulacija zajema približno 12,6 milijarde let razvoja, raziskovalci pa so posebej ločili črne luknje v središčih galaksij od tistih, ki so se znašle zunaj njih.

Galaksije se skozi svojo zgodovino srečujejo in združujejo. Takšni dogodki ne premešajo le zvezd in plina, ampak lahko spremenijo tudi položaj črnih lukenj. Po združitvi se lahko ena od njih znajde zunaj novega galaktičnega središča. Gravitacijski procesi jo sčasoma lahko znova približajo sredini, vendar se to ne zgodi nujno hitro.

Pomembno vlogo ima proces, imenovan dinamično trenje. Zaradi njega črna luknja postopoma izgublja orbitalno energijo in se pomika proti središču. V manj masivnih galaksijah je ta proces lahko manj učinkovit, zato lahko črna luknja daleč od sredine ostane več milijard let.

Črne luknje pa niso zanimive le zaradi svojega položaja v galaksijah. Astronomi raziskujejo tudi kaj se lahko zgodi, ko se zvezda znajde v bližini supermasivne črne luknje, kjer lahko izjemna gravitacija povzroči povsem drugačne pojave.

Tavajoča črna luknja je lahko »fosilni zapis« galaksije

Če črno luknjo danes najdemo daleč od središča galaksije, njen položaj morda ni naključen. Lahko je sled dogodka, skozi katerega je galaksija šla že zelo dolgo nazaj.

Avtorji so preučevali tako imenovani delež zasedenosti s črnimi luknjami oziroma black hole occupation fraction. Izraz je precej tehničen, vprašanje za njim pa veliko preprostejše: koliko galaksij določene vrste sploh vsebuje črno luknjo in kje v galaksiji se ta nahaja?

Kot pojasnjuje Univerza Yale, rezultati kažejo, da se pri galaksijah z manjšo maso proti današnjemu času delež tistih z osrednjo črno luknjo zmanjšuje, delež galaksij s tavajočo črno luknjo pa povečuje.

Že podatek, koliko galaksij vsebuje črno luknjo, astronomom pove nekaj o njihovem nastanku. Ko temu dodajo še informacijo, ali je črna luknja v središču ali daleč od njega, dobijo dodatno sled poznejših združitev in sprememb v galaksiji. Tavajoča črna luknja zato ni zgolj nenavadna posebnost – njen položaj utegne biti del zapisa preteklosti galaksije.

Kaj nam lahko povedo o prvih črnih luknjah?

Tu pridemo do vprašanja, na katerega astronomi še vedno nimajo dokončnega odgovora: kako so nastale prve črne luknje, iz katerih so pozneje zrasli današnji velikani?

Po enem od scenarijev so njihova začetna »semena« nastala iz ostankov prvih zelo masivnih zvezd. Drugi modeli predvidevajo precej masivnejša semena, ki bi lahko nastala denimo ob neposrednem kolapsu velikih količin plina.

Razlika je pomembna. Astronomi so velike črne luknje našli že v zelo zgodnjem vesolju, zato morajo pojasniti, kako so lahko v razmeroma kratkem času tako močno zrasle. Del odgovora se morda skriva prav v manjših galaksijah, ki jih vidimo danes. Njihove črne luknje bi lahko še vedno nosile sledi tega, kako se je ta populacija začela oblikovati.

Kako najti črno luknjo, ki ni v središču?

Črne luknje same ne oddajajo svetlobe, zato jih astronomi ne opazujejo tako kot zvezde. Kot pojasnjuje NASA, jih lahko izdajo dogajanje v njihovi okolici, gibanje bližnjih zvezd, gravitacijsko lečenje in v določenih primerih gravitacijski valovi.

Pri tavajočih črnih luknjah je iskanje še težje. Če objekta ni v galaktičnem središču, astronomi ne vedo vnaprej, kam natančno usmeriti instrumente. Avtorji raziskave med možnimi načini iskanja omenjajo globoka rentgenska opazovanja, optično in infrardečo spektroskopijo, radijska opazovanja ter kratkotrajne dogodke, ki lahko izdajo prisotnost črne luknje.

Tu pa je treba rezultate pravilno razumeti. Astronomi niso odkrili nove množice tavajočih črnih lukenj in jim niso opazovalno sledili skozi 12,6 milijarde let. Gre za rezultat kozmološke simulacije, s katero so raziskovalci modelirali razvoj galaksij in njihovih črnih lukenj.

Naslednji preizkus bo zato prišel z neba. Če bodo opazovanja pokazala podobno razmerje med osrednjimi in tavajočimi črnimi luknjami, bo to pomemben preizkus napovedi simulacije. Črne luknje, ki jih astronomi najdejo daleč od galaktičnih središč, bi jim lahko pomagale rekonstruirati dogodke izpred milijard let – dogodke, ki jih danes ne moremo več neposredno opazovati.