När galaxer kolliderar kan allt slags kaos uppstå. Även om processen tar miljontals år, kan en sammanslagning av två galaxer resultera i Supermassiva svarta hål (SMBHs, som är bosatta i sina centra) går samman och blir ännu större. Det kan också resultera i att stjärnor sparkas ut ur sina galaxer, skickar dem och till och med deras planetsystem ut i rymden som ' oseriösa stjärnor '.
Men enligt en ny studie gjord av ett internationellt team av astronomer verkar det som om SMBH i vissa fall också kan kastas ut från sina galaxer efter en sammanslagning. Använder data från NASA:s Chandra X-ray Observatory och andra teleskop upptäckte teamet vad som skulle kunna vara ett 'avlönat supermassivt svart hål' som är på väg bort från sin galax.
Enligt lagets studie - som dök upp iAstrofysisk tidskriftunder rubriken Ett potentiellt rekylande supermassivt svart hål, CXO J101527.2+625911 – det överlösa svarta hålet upptäcktes på ett avstånd av cirka 3,9 miljarder ljusår från jorden. Den verkar ha kommit inifrån en elliptisk galax och innehåller motsvarande 160 miljoner gånger vår sols massa.
Hubble-data som visar de två ljusa punkterna nära mitten av galaxen. Kredit: NASA/CXC/NRAO/D.-C.Kim/STScI
Teamet hittade detta svarta hål medan de sökte genom tusentals galaxer efter bevis på svarta hål som visade tecken på att vara i rörelse. Detta bestod av att sålla igenom data som erhållits av Chandra röntgenteleskop för ljusa röntgenkällor – ett vanligt kännetecken för snabbt växande SMBHs – som observerades som en del av Sloan Digital Sky Survey (SDSS).
De tittade sedan på Hubble-data för alla dessa röntgenljusgalaxer för att se om det skulle avslöja två ljusa toppar i mitten av någon. Dessa ljusa toppar skulle vara en avslöjande indikation på att ett par supermassiva svarta hål var närvarande, eller att ett ryggande svart hål rörde sig bort från galaxens centrum. Till sist undersökte astronomerna SDSS-spektraldata, som visar hur mängden optiskt ljus varierar med våglängden.
Utifrån allt detta fann forskarna undantagslöst vad de ansåg vara en bra kandidat för ett avfallssvart hål. Med hjälpdata från SDSS och Keck teleskop på Hawaii fastställde de att den här kandidaten var belägen nära, men synligt förskjuten från, mitten av sin galax. De noterade också att den hade en hastighet som skilde sig från galaxen – egenskaper som antydde att den rörde sig på egen hand.
Bilden nedan, som genererades från Hubble-data, visar de två ljusa punkterna nära galaxens mitt. Medan den till vänster var belägen i mitten, var den till höger (den överlöpare SMBH) belägen cirka 3 000 ljusår från centrum. Mellan röntgen och optiska data pekade alla indikationer på att det var ett svart hål som sparkades från sin galax.
Den ljusa röntgenkällan upptäckt med Chandra (vänster) och data erhållna från SDSS och Keck-teleskopet på Hawaii. Kredit: NASA/CXC/NRAO/D.-C.Kim/STScI
När det gäller vad som kunde ha orsakat detta, vågade teamet att det bakre hålet kunde ha 'ryggat tillbaka' när två mindre SMBH:s kolliderade och slogs samman. Denna kollision skulle ha genererat gravitationsvågor som sedan kunde ha tryckt ut det svarta hålet ur galaxens centrum. De vågade vidare att det svarta hålet kan ha bildats och satts i rörelse av två mindre svarta håls kollision.
En annan möjlig förklaring är att två SMBH:er finns i mitten av denna galax, men en av dem producerar inte detekterbar strålning – vilket skulle innebära att den växer för långsamt. Men forskarna förordar förklaringen att det de observerade var ett överfallande svart hål, eftersom det verkar vara mer överensstämmande med bevisen. Till exempel visade deras studie tecken på att värdgalaxen upplevde vissa störningar i sina yttre regioner.
Detta är en möjlig indikation på att sammanslagningen mellan de två galaxerna inträffade i det relativt korta förflutna. Eftersom SMBH-sammanslagningar tros uppstå när deras värdgalaxer smälter samman, gynnar denna reservation teorin om den övergivna svarta hålet. Dessutom visade data att i denna galax bildades stjärnor i hög hastighet. Detta överensstämmer med datorsimuleringar som förutspår att sammanslagna galaxer upplever en ökad takt av stjärnbildning.
Men naturligtvis behövs ytterligare forskning innan några slutsatser kan dras. Under tiden kommer fynden sannolikt att vara av särskilt intresse för astronomer. Denna studie involverar inte bara ett verkligt sällsynt fenomen – en SMBH som är i rörelse, snarare än att vila i mitten av en galax – utan de unika egenskaper som är involverade kan hjälpa oss att lära oss mer om dessa sällsynta och gåtfulla egenskaper.
Detektering av en ovanligt ljus röntgenstrålning från Sagittarius A*, ett supermassivt svart hål i mitten av Vintergatans galax. Kredit: NASA/CXC/Stanford/I. Zhuravleva et al.
För det första kan studiet av SMBH:er avslöja mer om hastigheten och riktningen för dessa gåtfulla föremåls spinn innan de smälter samman. Utifrån detta skulle astronomer bättre kunna förutsäga när och var SMBH:er är på väg att smälta samman. Att studera hastigheten för att rekylera svarta hål kan också avslöja ytterligare information om gravitationsvågor, vilket kan låsa upp ytterligare hemligheter om rymdtidens natur.
Och framför allt, att bevittna ett överfallande svart hål är en möjlighet att se några ganska fantastiska krafter i arbete. Förutsatt att observationerna är korrekta kommer det utan tvekan att finnas uppföljande undersökningar utformade för att se var SMBH färdas och vilken effekt den har på den omgivande kosmiska miljön.
Ända sedan 1970-talet har forskare varit av åsikten att de flesta galaxer har SMBHs i centrum. Under åren och decennierna som följde bekräftade forskning förekomsten av svarta hål inte bara i mitten av vår galax – Skytten A* – men i centrum för nästan alla kända massiva galaxer. Dessa objekt sträcker sig i massa från hundratusentals till miljarder solmassor och utövar ett kraftfullt inflytande på sina respektive galaxer.
Se till att njuta av den här videon, med tillstånd av Chandra X-Ray Observatory:
Vidare läsning: Chandra röntgenobservatorium , arXiv