Οι περισσότεροι γαλαξίες φιλοξενούν στον πυρήνα τους μία υπερμεγέθη μαύρη τρύπα με μάζα εκατομμύρια, ακόμη και δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από την μάζα του Ήλιου. Νέες, ωστόσο, κοσμολογικές προσομοιώσεις καταδεικνύουν ότι πολλοί γαλαξίες εμπεριέχουν και έναν σημαντικό πληθυσμό από «περιπλανώμενες» γιγάντιες μαύρες τρύπες. Όπως υπολογίζεται, μάλιστα, γαλαξίες όπως ο δικός μας μπορεί να εμπεριέχουν κατά μέσο όρο ακόμη και 12 από αυτούς τους περιπλανώμενους γίγαντες.

Οι δομές στο Σύμπαν «χτίζονται» ιεραρχικά: με την πάροδο του χρόνου, δηλαδή, οι γαλαξίες συγκρούονται μεταξύ τους και συγχωνεύονται σε όλο και μεγαλύτερους. Στην διάρκεια των συγχωνεύσεων αυτών, οι κεντρικές μαύρες τρύπες των επιμέρους γαλαξιών πλησιάζουν όλο και περισσότερο μεταξύ τους, ώσπου εντέλει συγχωνεύονται κι αυτές σε μία ακόμη μεγαλύτερη. Με άλλα λόγια, οι γαλαξίες και οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες τους «συνεξελίσσονται», μέσα από συνεχείς συγκρούσεις και συγχωνεύσεις. Κάποιες φορές, όμως, οι συγχωνεύσεις μεταξύ των γαλαξιακών μαύρων τρυπών καθυστερούν, διαταράσσονται ή ακόμη και δεν ολοκληρώνονται ποτέ. Έτσι, λοιπόν, καθώς όλο και περισσότεροι γαλαξίες συγκρούονται μεταξύ τους, υπάρχουν όλο και περισσότερες μαύρες τρύπες, οι οποίες δεν καταλήγουν στους πυρήνες των νέων γαλαξιών που προκύπτουν από την συγχώνευση δύο άλλων, αλλά συνεχίζουν να περιπλανώνται στο εσωτερικό τους.

Αυτό είναι το συμπέρασμα στο οποίο κατέληξε ομάδα αστρονόμων με επικεφαλής τον Angelo Ricarte από το Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics. Χρησιμοποιώντας τις κοσμολογικές προσομοιώσεις Romulus, ο Ricarte και οι συνάδελφοί του παρακολούθησαν τις θέσεις και τις τροχιές των γιγάντιων μαύρων τρυπών, κατά την διάρκεια των γαλαξιακών συγχωνεύσεων, γεγονός που τους επέτρεψε να διερευνήσουν τον πληθυσμό των περιπλανώμενων γιγάντιων μαύρων τρυπών που εμπεριέχουν οι γαλαξίες σε διαφορετικές εποχές της κοσμολογικής εξέλιξης. Τα αποτελέσματα της σχετικής έρευνας δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Monthly Notices of the Royal Astronomical Society τον Μάρτιο του 2021.

Οι προσομοιώσεις Romulus καταδεικνύουν ότι για μαύρες τρύπες μικρότερες των 10 δισ. ηλιακών μαζών, αυτές που είναι περιπλανώμενες υπερτερούν κατά πολύ εκείνων που εντέλει καταλήγουν στους γαλαξιακούς πυρήνες. Σύμφωνα, μάλιστα, με τους σχετικούς υπολογισμούς, γαλαξίες παρόμοιοι με τον δικό μας μπορεί να εμπεριέχουν κατά μέσο όρο 12 υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, οι οποίες περιπλανώνται μακριά από τον γαλαξιακό πυρήνα, στην άλω που τον περιβάλλει.

Oι αστρονόμοι της σχετικής μελέτης διαπίστωσαν ακόμη ότι οι περιπλανώμενες μαύρες τρύπες στο τοπικό μας Σύμπαν αντιπροσωπεύουν περίπου το 10% της συνολικής μάζας που εμπεριέχεται στις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Σε παλαιότερες εποχές της κοσμολογικής εξέλιξης, ωστόσο, όταν δηλαδή το Σύμπαν είχε ηλικία μικρότερη από περίπου 2 δισ. χρόνια, και κατά συνέπεια οι συγχωνεύσεις μεταξύ γαλαξιών ήταν συχνότερες, o Ricarte και οι συνάδελφοί του βρήκαν ότι οι περιπλανώμενες μαύρες τρύπες είναι περισσότερες από αυτές που παραμένουν «αγκυροβολημένες» στους γαλαξιακούς πυρήνες.

Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της σχετικής μελέτης, ο αριθμός των περιπλανώμενων μαύρων τρυπών σε κάθε γαλαξία είναι περίπου ανάλογος με την μάζα που έχει η άλως που τον περιβάλλει. Αυτό σημαίνει ότι η άλως που περιβάλλει τα γαλαξιακά σμήνη μπορεί να εμπεριέχει χιλιάδες περιπλανώμενες μαύρες τρύπες. Ένα άλλο εύρημα είναι ότι οι περισσότερες από τις περιπλανώμενες μαύρες τρύπες έχουν αρκετά μικρή μάζα, συγκρίσιμη δηλαδή με την μάζα που είχαν όταν «γεννήθηκαν», καθώς και ότι προέρχονται από μικρότερους γαλαξίες-δορυφόρους, οι οποίοι περιφέρονται γύρω από μεγαλύτερους.

Σε επόμενη μελέτη τους, που δημοσιεύθηκε στις 2 Αυγούστου 2021 στο επιστημονικό περιοδικό The Astrophysical Journal Letters, ο Ricarte και οι συνάδελφοί του εξέτασαν τους πιθανούς τρόπους με τους οποίους θα μπορούσαμε να ανιχνεύσουμε αυτό τον «κρυφό» πληθυσμό των περιπλανώμενων μαύρων τρυπών.

Φωτογραφία:  Οι αλληλεπιδρώντες γαλαξίες NGC 2207 και IC 2163 διανύουν τα  πρώτα στάδια της συγχώνευσής τους, η οποία θα ολοκληρωθεί σε δισεκατομμύρια χρόνια. Με το πέρας της συγχώνευσης, ο νέος γαλαξίας που θα προκύψει, θα εμπεριέχει πιθανότατα και κάποιες περιπλανώμενες γιγάντιες μαύρες τρύπες.

Πηγή: Wandering Black Holes | Center for Astrophysics (harvard.edu)

Credit: NASA/ESA and The Hubble Heritage Team (STScI)

π