Astronomowie zauważyli trzy supermasywne czarne dziury (SMBH) w centrum trzech zderzających się galaktyk miliard lat świetlnych od Ziemi. Jest to dowód, że wszystkie trzy są również aktywnymi jądrami galaktycznymi (AGN), pochłaniającymi materiał i płonącymi jasno.
Odkrycie to może rzucić nieco światła na „ostatni problem parsec”, od dawna występujący problem w połączeniu astrofizyki i czarnej dziury.
Astronomowie znaleźli trzy SMBH w danych z wielu teleskopów, w tym Sloan Digital Sky Survey (SDSS), Chandra X-ray Observatory i Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE.) Trzy czarne dziury są owinięte w prawie niewyobrażalnie epickie wydarzenie; połączenie trzech galaktyk. Te połączenia trojaczków mogą odgrywać kluczową rolę w rozwoju najbardziej masywnych czarnych dziur w czasie.
„To najsilniejszy jak dotąd dowód na istnienie tak potrójnego systemu aktywnego karmienia supermasywnych czarnych dziur”.
Ryan Pfeifle, George Mason University, główny autor.
Astronomowie, którzy go znaleźli, nie spodziewali się znaleźć trzech czarnych dziur w centrum połączenia potrójnej galaktyki.
„W tym czasie szukaliśmy tylko par czarnych dziur, a jednak dzięki naszej technice selekcji natknęliśmy się na ten niesamowity system” - powiedział Ryan Pfeifle z George Mason University w Fairfax w stanie Wirginia, pierwszy autor nowego artykułu w Astrophysical Journal opisujący te wyniki. „To najsilniejszy jak dotąd dowód na istnienie tak potrójnego systemu aktywnego karmienia supermasywnych czarnych dziur”.
Systemy potrójnych czarnych dziur są trudne do wykrycia, ponieważ w ich okolicy dzieje się tak wiele. Są owinięte gazem i pyłem, co sprawia, że trudno jest je zobaczyć. W tym badaniu potrzeba trzech teleskopów działających w różnych częściach widma elektromagnetycznego, aby odkryć trzy otwory. Zajęło to także pracę niektórych naukowców-obywateli.
Są nie tylko trudne do wykrycia, ale rzadkie. „Podwójne i potrójne czarne dziury są niezwykle rzadkie”, powiedziała współautorka Shobita Satyapal, również George'a Masona, „ale takie systemy są w rzeczywistości naturalną konsekwencją fuzji galaktyk, a naszym zdaniem to sposób, w jaki galaktyki rosną i ewoluują”.
SDSS jako pierwszy zauważył to potrójne połączenie w świetle widzialnym, ale tylko dzięki Galaktycznemu Zoo, obywatelskiemu projektowi naukowemu, zidentyfikowano go jako system zderzających się galaktyk. Następnie WISE zobaczył, że system świeci w podczerwieni, co wskazuje, że był on w fazie fuzji galaktyk, kiedy oczekiwano, że więcej niż jedna z czarnych dziur będzie się karmić.
Dane Sloana i WISE były tylko kuszącymi wskazówkami, a astronomowie zwrócili się do Obserwatorium Chandra i Wielkiego Teleskopu Lornetkowego (LBT) w celu uzyskania większego potwierdzenia. Obserwacje Chandra wykazały, że w centrum każdej galaktyki znajdowały się jasne źródła promieniowania rentgenowskiego. Właśnie tam naukowcy spodziewają się znaleźć SMBH.
Więcej dowodów na to, że SMBH były tam, przybyło z satelity Chandra i satelity NASA (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) (NuSTAR). Znaleźli dowody dużej ilości gazu i pyłu w pobliżu jednej z czarnych dziur. Jest to oczekiwane, gdy łączą się czarne dziury. Inne dane dotyczące światła optycznego z SDSS i LBT dostarczyły widmowych dowodów charakterystycznych dla zasilania trzech SMBH.
„Widma optyczne zawierają bogactwo informacji o galaktyce” - powiedziała współautorka Christina Manzano-King z University of California w Riverside. „Są one powszechnie używane do identyfikowania aktywnie akreujących supermasywnych czarnych dziur i mogą odzwierciedlać wpływ, jaki wywierają na galaktyki, w których żyją”.
Dzięki tej pracy zespół astronomów opracował sposób na znalezienie więcej z tych potrójnych systemów z czarnymi dziurami. „Dzięki wykorzystaniu tych dużych obserwatoriów zidentyfikowaliśmy nowy sposób identyfikacji potrójnych supermasywnych czarnych dziur. Każdy teleskop daje nam inną wskazówkę dotyczącą tego, co dzieje się w tych systemach ”- powiedział Pfeifle. „Mamy nadzieję rozszerzyć naszą pracę, aby znaleźć więcej potrójnych przy użyciu tej samej techniki.”
Być może rzuciły nieco światła na ostatni problem z parsec.
Ostatni problem parsec
Ostatni problem jest kluczowy dla naszego zrozumienia binarnych połączeń czarnych dziur. Jest to problem teoretyczny, który mówi, że kiedy dwie czarne dziury zbliżają się do siebie, ich nadmierna energia orbitalna powstrzymuje ich przed połączeniem. Mogą dotrzeć w ciągu kilku lat świetlnych, a następnie proces łączenia się zatrzymuje.
Kiedy dwie czarne dziury początkowo zbliżają się do siebie, ich trajektorie hiperboliczne przenoszą je dokładnie obok siebie. Z biegiem czasu, gdy dwie dziury wchodzą w interakcje z gwiazdami w ich sąsiedztwie, grawitują gwiazdy grawitacyjnie, przenosząc część swojej energii orbitalnej do gwiazdy za każdym razem, gdy to robią. Emisja fal grawitacyjnych zmniejsza również energię czarnych dziur.
W końcu dwie czarne dziury zrzucają energię orbitalną na tyle, aby zwolnić i zbliżyć się do siebie i dojść do siebie w odległości kilku parseków. Problem polega na tym, że gdy zamykają odległość, coraz więcej materii jest wyrzucanych z ich otoczenia za pomocą procy. Oznacza to, że czarne dziury nie będą już oddziaływać i zrzucać więcej energii orbitalnej. W tym momencie proces łączenia się zatrzymuje. Lub powinno.
Astrofizycy wiedzą jednak, że czarne dziury łączą się, ponieważ byli świadkami potężnych fal grawitacyjnych. W rzeczywistości LIGO (Obserwatorium Fali Laserowej Interferometrii Grawitacyjnej-Fali) odkrywa połączenie czarnej dziury mniej więcej raz w tygodniu. Sposób, w jaki łączą się ze sobą na końcu, nazywa się ostatnim problemem parsec.
Zespół odpowiedzialny za to badanie uważa, że mogą uzyskać odpowiedź. Uważają, że trzecia czarna dziura, tak jak zaobserwowali w tym systemie, może zapewnić wzmocnienie potrzebne do uzyskania dwóch otworów do scalenia. Gdy para czarnych dziur w układzie trójdzielnym zbliża się do siebie, trzecia dziura może wpłynąć na nie, aby zamknąć ostatnią część i połączyć.
Według symulacji komputerowych około 16% par supermasywnych czarnych dziur w zderzających się galaktykach będzie oddziaływać z trzecią supermasywną czarną dziurą przed ich połączeniem. Te połączenia spowodowałyby fale grawitacyjne, ale problem polega na tym, że fale te byłyby zbyt niskiej częstotliwości, aby mogły je wykryć LIGO lub obserwatorium VIRGO.
Aby je wykryć, naukowcy mogą być zmuszeni polegać na przyszłych obserwatoriach, takich jak LISA, kosmiczna antena laserowa interferometru ESA / NASA. LISA będzie obserwować fale grawitacyjne o niższej częstotliwości niż LIGO lub VIRGO i jest lepiej wyposażony do wykrywania supermasywnych czarnych dziur.
Artykuł prezentujący te wyniki zatytułowany jest „Potrójny AGN w połączeniu galaktyki Galaxy późnej fazy w późnej fazie podczerwieni”.
Więcej:
- Informacja prasowa: Znaleziono: Trzy czarne dziury na kursie kolizyjnym
- Artykuł badawczy: Potrójne AGN w wybranych połączeniach Galaxy Galaxy w późnej fazie
- Wikipedia: Final Parsec Problem
- LISA: Antena kosmiczna interferometru laserowego
