Au fost observate o serie de coliziuni de trei galaxii, fiecare cu propria gaură neagră enormă; ce se întâmplă cu aceste găuri negre atunci când galaxiile se ciocnesc? La această întrebare, care are efecte inclusiv asupra studiilor de unde gravitaționale, a răspuns un grup de cercetători care a studiat razele X măsurate de observatorul Chandra (NASA).

Multe galaxii au în centru o gaură neagră cu masă enormă: milioane sau miliarde de ori cea a Soarelui. Aceste galaxii se pot ciocni una cu alta – ce se întâmplă cu aceste găuri negre? În trecut au fost observate mai multe procese de acest gen în cadrul cărora se ciocneau două galaxii. Un grup de cercetători însă a studiat procesul ciocnirii a trei galaxii – mult mai rar, încercând să studieze soarta celor trei găuri negre inițiale. 

Grupul de cercetători, condus de Adi Foord de la Stanford University, a publicat rezultatele studiului în The Astrophysical Journal; studiu ce are la bază pe de o parte observații astronomice, pe de alta programe pe calculator care ajută identificarea surselor de raze X din spațiu.

Au fost folosite pentru acest studiu observațiile efectuate cu observatorul Chandra, care măsoară raze X din spațiu; au mai fost folosite și alte observații obținute cu instrumente precum misiunea WISE (NASA) și Sloan Digital Sky Survey. Din analiza datelor au fost observate șapte procese de coliziuni de trei galaxii, situate la distanțe față de noi între 370 de milioane de ani lumină și un miliard de ani lunină; șapte nu sunt așa de multe – însă trebuie ținut cont că aceste procese sunt foarte rare, întrucât densitatea galaxiilor în Univers nu este deloc mare.

Interesul cercetătorilor a fost focalizat pe ceea ce se întâmplă cu găurile negre: se contopesc într-o unică gaură neagră, în două sau rămân separate, cele trei inițiale? Măsurătoarea razelor X dă informații în această direcție întrucât materia care este capturată de găurile negre este accelerată la viteze foarte mari și în acest proces particulele cu sarcină electrică pe măsură ce sunt accelerate și înghițite de găurile negre emit radiaţie, inclusiv raze X (fotoni cu energie de mii de ori mai mare ca cea a fotonilor luminii vizibile).

Din cele șapte procese de ciocnire a trei galaxii, cercetătorii au reușit să identifice cum că într-unul se pare că a luat naștere o unică gaură neagră enormă, din unirea celor trei inițiale; patru dintre procese prezintă două găuri negre, iar într-unul cele trei găuri negre au rămas separate. În ultimul proces studiat nu au reușit să identifice raze X legate de găurile negre. În sistemele cu găuri negre multiple distanța dintre acestea este între 10.000 și 30.000 de ani lumina, deci mai mult sau mai puțin ca distanța între noi și centrul galaxiei.

La ce poate folosi acest studiu? Răspunsul este simplu: în studiul undelor gravitaționale. Să vedem cum și de ce.

Atunci când două găuri negre se apropie acestea se rotesc una în jurul celeilalte, pierzând energie prin emisia de unde gravitaționale – propagarea de deformări ale structurii spațiului și a timpului prevăzute de teoria lui Einstein a relativității generale. Acest proces a fost observat pentru găuri negre cu masă de zeci de ori cea a Soarelui de antenele gravitaționale LIGO și VIRGO – însă nu se știe dacă și găurile negre supermasive pot să piardă suficientă energie prin acest tip de procese și să se apropie suficient ca să între în coliziune și să dea naștere la unde gravitaționale observabile cu aparatele noastre. 

În această situație existența unei găuri negre în plus, a treia, poate duce la generarea unei situații instabile care în final să dea naștere coliziunii a cel puțin două dintre cele trei găuri negre, proces ce, în principiu, am putea să-l observăm într-un viitor nu prea îndepărtat.

Studiul găurilor negre enorme este extrem de interesant – încă nu știm cum au luat naștere și nici dacă vom putea observa undele gravitaționale generate de ciocnirea acestora.

Cu instrumente precum Chandra, care măsoară razele X ce provin din Univers, înțelegem mai bine o serie de procese care dau naștere acestor  fotoni cu energie mare, precum fenomenele care se petrec în jurul găurilor negre enorme.

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe