Täheparv võib aidata mustadel aukudel ühineda ja ise musta auguta jääda

Kahe galaktika kokkupõrge võib tunduda vältimatu eelmänguna nende keskmes asuvate mustade aukude ühinemisele. Tegelikult võivad galaktikad saada üheks, aga mustad augud jääda teineteisest sadade valgusaastate kaugusele tiirlema. Uus arvutisimulatsioon näitab, kuidas tihedad täheparved võivad selle ummikseisu lahendada ja lõpuks ise ühinemisel sündinud mustast august ilma jääda.

Simulatsioonis aitasid täheparved mustadel aukudel esmalt galaktika keskmesse jõuda ja seejärel teineteisele üha lähemale liikuda. Kui augud viimaks ühinesid, sai tekkinud must auk tõuke kiirusega umbes 175 kilomeetrit sekundis. Sellest piisas, et paisata see välja samast täheparvest, mis oli kohtumise võimalikuks teinud.

Tegu pole teleskoobiga nähtud sündmusega, vaid ühe võimaliku arenguteega. Christian Partmanni ja tema kolleegide eeltrükk uurib kahe gaasirikka kääbusgalaktika ühinemist. Töö on esitatud teadusajakirjale MNRAS, kuid allikas ei kinnita selle vastuvõtmist avaldamiseks.

Mõlema mudelgalaktika keskmes paiknes algul must auk, mille mass oli tuhat korda suurem Päikese omast. Kumbagi ümbritses tihe täheparv kogumassiga miljon Päikese massi. Seega oli kummagi musta augu ümber täheline saatjaskond, mis kaalus sellest endast tuhat korda rohkem.

Need keskmise massiga mustad augud jäävad tähtede kokkuvarisemisel sündinud mustade aukude ja galaktikate keskmes leiduvate ülimassiivsete hiiglaste vahele. Nende kasvamise mõistmine võib aidata selgitada, kuidas universumi suurimad mustad augud alguse said.

Ühinemise teel seisab probleem, mida galaktikate kokkupõrge iseenesest ei lahenda. Mustad augud peavad kaotama orbiidienergiat, et jõuda üksteisele lähemale. Kui miski seda energiat piisavalt tõhusalt ära ei kanna, võib lähenemine takerduda.

Ilma täheparvedeta võrdluskatsetes jäid algul tuhande või kümne tuhande Päikese massiga mustad augud ligi 900 miljoni aasta pikkuse simulatsiooni lõpuks teineteisest kümnete kuni sadade parsekite kaugusele. Üks parsek on umbes 3,26 valgusaastat. Seotud paari neist selle aja jooksul ei tekkinud.

Täheparv muudab olukorda, sest koos sellega liigub must auk läbi galaktika märksa massiivsema süsteemi osana. Ümbritseva ainega gravitatsiooniliselt vastastikmõjudes kaotab selline süsteem tõhusamalt orbiidienergiat. Nii võib parv viia keskmesse musta augu, mis üksinda jääks kaugele tiirlema.

Põhimudelis sulasid kaks täheparve kokku umbes poole miljardi aasta järel. Ühises parves moodustasid mustad augud paari juba mõne miljoni aastaga. Ühinemiseks tuli neil aga jõuda veel palju lähemale.

Nüüd hakkasid olulist rolli mängima paarist lähedalt mööduvad tähed. Mustade aukude gravitatsioon kiirendas neid ja paiskas eemale, otsekui töötaks parve keskmes gravitatsiooniline ragulka. Tähtede saadud energia tuli mustade aukude orbiidienergia arvelt, mistõttu aukude orbiit järjest kahanes.

Peamise töö tegid parvedes juba varem olemas olnud tähed. Lõpuks jõudsid mustad augud nii lähestikku, et edasist lähenemist hakkas vedama gravitatsioonilainetena kaotatud energia. Augud ühinesid umbes 340 miljonit aastat pärast täheparvede kokkusulamist.

Täheparved aitasid aukudel ka gaasi püüda ja kasvada, kuid mitte galaktikate kokkupõrkes vallandunud ägeda tähetekke ajal. Autorite tõlgenduse järgi takistasid gaasi kogumist supernoovaplahvatuste tekitatud segadus ning parvede kiire liikumine gaasi suhtes. Toitumine hoogustus hiljem, lühikeste episoodidena.

Ühinemisel võivad gravitatsioonilained kanda eri suundades erineval hulgal impulssi ja anda tekkinud mustale augule vastassuunalise tõuke. Põhimudeli valitud eeldustel piisas umbes 175-kilomeetrisest sekundikiirusest täheparvest pääsemiseks, kuid mitte galaktikast lahkumiseks. Maha jäi paisunud ja hõredama keskmega täheparv.

Täpsed ajad ja tõukekiirus pole üldkehtiv ennustus. Uuriti üht idealiseeritud galaktikapaari koos võrdluskatsetega ning tähtede vastastikmõjude ligikaudne kirjeldus mõjutab lähenemiskiirust. Mudel ei arvesta ka musta augu ümbrusest lähtuvat tagasimõju gaasile ega aukude pöörlemise arengut. Seetõttu on kasvu hinnangud ligikaudsed ülempiirid ja lahkumist põhjustanud tõuke tugevus ebakindel.

Täheparv, mille keskmes praegu musta auku pole, ei pruugi olla alati selline olnud. See võis aidata kahel mustal augul ühineda ja jääda tekkinud mustast august ilma just selle ühinemise tõttu.