Na pola puta između zviježđa Dupina i Pegaza nalazi se prastara galaksija u obliku kotača, UCG 11700, nedirnuta sudarima i spajanjima što su ostavila svoj trag na toliko drugih galaksija.

Iako je oku ugodna, nešto monstruozno krije se u njoj. To je supermasivna crna rupa, jedno od najtajanstvenijih tijela u svemiru.

Veličina standardne crne rupe obično kreće od četiri mase našeg Sunca pa naviše. Njihovi ogromni rođaci su milijunima, ponekad i milijardama puta masivniji.

Znanstvenici vjeruju da je u središtu gotovo bilo koje velike galaksije supermasivna crna rupa. Ali nitko ne zna kako su se tamo našle. U tome bi nam galaksija UCG 11700 mogla pomoći.

Crne rupe nisu beskrajno gladne

Imamo predodžbu o tome kako standardne crne rupe nastaju i rastu. Kad umirućoj zvijezdi ponestane goriva, ona eksplodira kao supernova, uruši se u sebe i iznimno se zgusne. Njihovo je postojanje predvidio slavni znanstvenik Albert Einstein svojom teorijom opće relativnosti.

Često ih se zamišlja kao beskrajno gladna tijela koja usisavaju sve što im se nađe na putu. Čini se da bi to trebalo riješiti zagonetku njihovog rasta, ali - pogađate - tomu baš i nije tako.

Crne su rupe ustvari iznenađujuće neučinkovite u usisavanju materijala koji ih okružuje, čak i u gustom srcu galaksije. Štoviše, rastu tako sporo da je nemoguće da bi postale supermasivne samo apsorpcijom novog materijala.

Priču zagonetnijom čini to što su supermasivne crne rupe postojale i u vrijeme u kojem je svemir još bio razmjerno mlad. Udaljeni kvazari, neka od najsjajnijih tijela na noćnom nebu, zapravo su drevne supermasivne crne rupe koje postoje barem od vremena u kojem je svemir bio star tek 670 milijuna godina i kad su nastajale neke od najstarijih poznatih galaksija.

Iako njihovo srce ostaje nedostupno oku vanjskog promatrača, supermasivne crne rupe mogu biti sjajnije od cijelih galaksija zvijezda, pa i proizvesti izboje ultraljubičastog zračenja dok usisavaju materijal oko sebe.

Crne rupe imaju među u obliku sfere koju nazivamo obzor događaja. Unutar te sfere svjetlo, energija i tvar su zarobljeni tako da ne mogu pobjeći. Prostor i vrijeme savijaju se u sebe, a zakoni fizike kakve poznajemo prestaju vrijediti.

Ali malo iza te granice rotirajuća crna rupa može na vrtnju natjerati i superzagrijati materijal koji se nađe u blizini. Temperature mogu pritom biti veće od 10 milijuna Celzijevih stupnjeva pa takav akrecijski disk u kvazaru odašilje zasljepljujuće sjajnu radijaciju preko elektromagnetskog spektra.

Oslobađanje energije moglo bi biti ključno

Znanstvenicima su supermasivne crne rupe zanimljive, između ostalog, zbog toga što su očito povezane s nastankom i razvojem galaksija, pa i samog svemira. Rješenje te tajne bio bi značajan korak naprijed u razumijevanju svijeta koji nas okružuje. Oslobađanje energije jedan je od brojnih načina na koje možemo otključati te tajne.

Kad se crne rupe spoje ili sudare s nešto manje gustim tijelima poput neutronskih zvijezda, nastaje mreškanje u prostorvremenu koje nazivamo gravitacijskim valovima. Ti se valovi kreću svemirom brzinom svjetlosti.

Prvi put su na Zemlji otkriveni 2015. godine. Otad ih prate veliki opservatoriji kao što su Laser Interferometer Gravitational-wave Observatories (Ligo) u SAD-u i Virgo u blizini Pise u Italiji.

Ali iako je riječ o postrojenjima veličine nekoliko kilometara, ona mogu otkriti tek valove crnih rupa skromnih veličina, do oko 150 solarnih masa. Nemamo takvih podataka za crne rupe srednje veličine (oko 10 tisuća solarnih masa), a upravo bi one mogle biti začecima supermasivnih crnih rupa.

Pretpostavlja se da su nastale u vrlo ranom razdoblju povijesti svemira od divovskih oblaka plina koji su se urušili u sebe ili sudarali sa zvijezdama. U gužvi koja je tada vladala sudari tih crnih rupa srednje veličine, u kombinaciji s brzim usisavanjem materijala iz okoline, mogli su ubrzati njihov rast.

No ta teorija nije bez problema. Svemir je u to vrijeme bio i jako vruć. Oblaci plina bili bi okupani radijacijom, zbog čega bi trebali imati dovoljno energije da se ne uruše sami u sebe. A čak i u zgusnutom svemiru zakoni fizike ograničavaju koliko je brzo moguće usisati materijal.

Postoji i teorija o primordijalnim crnim rupama, prema kojoj su one nastale i počele rasti prije pojave zvijezda. Zasad nemamo dokaz stečen opažanjem koji bi ju potvrdio.

Ukratko, nemamo predodžbu o tome kako su nastale crne rupe veće od oko tisuću solarnih masa.

Dolaze novi instrumenti za mjerenje

Sadašnja generacija instrumenata počinje polako popunjavati praznine u znanju o veličini, starosti i lokaciji crnih rupa. Ipak, trebat ćemo još veće detektore želimo li doznati više toga.

Tijekom 30-ih godina ovog stoljeća američka svemirska agencija NASA i Europska svemirska agencija (ESA) lansirat će ambiciozan projekt Laser Interferometer Space Antenna (Lisa), sastavljen od tri satelita u trokutastoj konstelaciji čije će stranice biti duge 2,5 milijuna kilometara.

Lisa će funkcionirati slično kao Ligo i Virgo, ali na neusporedivo većoj površini kako bi uhvatila gravitacijske valove i najvećih crnih rupa.

Postoje naznake toga da nas oni već oplahnjuju. Početkom ove godine otkriveni su mali raskoraci u pulsiranju radijacije od 45 pulsara. Iako ti rezultati tek trebaju biti potvrđeni, pretpostavlja se da je riječ o posljedici spajanja supermasivnih crnih rupa.

Postoje i drugi, izravniji načini promatranja. Teleskop Event Horizons nedavno je snimio prve fotografske snimke crnih rupa, što je omogućilo bolje uvide u njihovu prirodu te učinke njihove gravitacije i magnetizma na obližnje galaksije.

Moguće je također pratiti putanje zvijezda koje kruže u bliskim orbitama oko crnih rupa u središtu galaksije. Za to se koriste zemaljski teleskopi s tehnologijom adaptivne optike.

Promatra se sjajna zvijezda ili laserska zraka što su je odaslali ljudi za mjerenje atmosferskih distorzija koje bi inače smanjile kvalitetu slike. Računalno kontrolirani signali popravljaju ta iskrivljenja sićušnim prilagodbama fizičkog oblika ogledala teleskopa. Tako nastaju precizna opažanja jezgri galaksija udaljenih milijardama svjetlosnih godina.

Tako je recimo otkriveno da postoji tijesna proporcionalna veza između masa galaksije i supermasivne crne rupe u njenom središtu. Ipak, nema jasnih dokaza u prilog tvrdnji da masivne galaksije stvaraju masivne crne rupe i obrnuto.

Moguće je to da se barem dio odgovora krije u sudarima galaksija. Iako se većina od dva bilijuna galaksija u vidljivom dijelu svemira ubrzano udaljava jedna od druge, ipak često dolazi do sudara, a time i prigoda za spajanje dviju već ogromnih crnih rupa u nešto još veće.

Pri sudaru razmjerno malih zvjezdanih crnih rupa u djeliću sekunde oslobađa se ogromna količina energije i nastaje bljesak koji sjajem nadmašuje sve drugo na nebu.

Problem s teorijom spajanja

Mada znanstvenici nagađaju da dolazi do spajanja supermasivnih crnih rupa, moguće je da se to rjeđe događa zbog drugog problematičnog aspekta njihove dinamike.

Naime kad se nađu na putanji sudara, crne rupe vrte se jedna oko druge sve brže i brže. Ali vrlo velike crne rupe pritom dosegnu točku na oko jednog parseka (3,26 svjetlosnih godina) kada se njihova orbitalna brzina počinje izjednačavati s gravitacijskom privlačnošću.

Orbitalno ispadanje dogodilo bi se toliko sporo da do spajanja nije moglo doći ako je svemir doista star onoliko koliko mislimo da jest. Morala bi postojati vanjska sila ili energija da bi ih brže pogurala u naručje.

Svemir je pun galaksija za koje se pretpostavlja da su nastale spajanjem. Među njima je i naš Mliječni put. Nakon sudara njihova izvorna spiralna struktura biva uništena kako zvijezde, oblaci plina, tamna tvar i crne rupe dolaze u dodir jedni s drugima.

Ali to znači da supermasivne crne rupe poput one u središtu galaksije UCG 11700 ne mogu biti posljedica sudara. Moralo je biti nešto drugo posrijedi.

Neki od trenutno najboljih dostupnih modela sugeriraju da je nastala u ranom razdoblju svemira. No malo je vjerojatno to da je posljedica kolabiranja zvijezda.

Razmatra se i mogućnost da su nastale izravno od tajanstvene tamne tvari, za koju se pretpostavlja da drži galaksije na okupu. Ta je teoretska vrsta čestice nevidljiva svjetlu i elektromagnetizmu, zbog čega vrlo malo znamo o njoj.

U istraživanju će pomoći i novi instrumenti poput svemirskog teleskopa James Webb, koji NASA namjerava lansirati u jesen ove godine. Znanstvenici također već rade na izradi sve detaljnijih mapa lokacija, kretanja, oblika i veličina milijuna galaksija kako bi olakšali istraživanje, piše BBC.