От десетилетия астрономите знаят, че свръхмасивните черни дупки (SMBH) пребивават в центъра на най-масивните галактики. Тези черни дупки, които варират от стотици хиляди до милиарди слънчеви маси, оказват мощно влияние върху заобикалящата материя и се смята, че са причина за активните галактически ядра (AGN). Докато астрономите са знаели за тях, те са се опитали да разберат как се образуват и еволюират SMBH.
В две наскоро публикувани проучвания два международни екипа от изследователи съобщават за откриването на пет новооткрити двойки черни дупки в центровете на далечни галактики. Това откритие може да помогне на астрономите да хвърлят нова светлина върху това как се образуват и растат SMBH с течение на времето, да не говорим как сливанията на черни дупки произвеждат най-силните гравитационни вълни във Вселената.
Първите четирима кандидати с двойна черна дупка бяха докладвани в проучване, озаглавено „Погребани AGN в разширени сливания: Избор на средно инфрачервен цвят като двоен търсач на AGN“, ръководено от Шобита Сатяпал, професор по астрофизика в университета Джордж Мейсън. Това проучване беше прието за публикуване в The Astrophysical Journal и наскоро се появи онлайн.
Второто проучване, което съобщи за петия кандидат с двойна черна дупка, беше ръководено от Сара Елисън - професор по астрофизика в Университета на Виктория. Наскоро беше публикуван в Месечни известия на Кралското астрономическо дружество под заглавието „Откриване на двойно активен галактически нуклеус с разделяне на ~ 8 kpc“. Откриването на тези пет двойки с черни дупки беше много щастливо, като се има предвид, че двойките са много рядка находка.
Както обясни Шобита Сатьяпал в изявление на Chandra:
„Астрономите откриват единични свръхмасивни черни дупки из цялата вселена. Но въпреки че прогнозирахме, че те бързо растат, когато си взаимодействат, нарастващите двойни свръхмасивни черни дупки бяха трудни за намиране.“
Двойките с черни дупки бяха открити чрез комбиниране на данни от редица различни наземни и космически инструменти. Това включва оптични данни от Sloan Digital Sky Survey (SDSS) и наземния голям бинокуларен телескоп (LBT) в Аризона с близо инфрачервени данни от широколентовия инфрачервен изследователски изследовател (WISE) и рентгенови данни от Чандрата на НАСА Рентгенова обсерватория.
Заради своите проучвания, Satyapal, Ellison и техните съответни екипи се опитваха да открият двойни AGN, за които се смята, че са следствие от галактически сливания. Те започнаха с консултиране на оптични данни от SDSS за идентифициране на галактики, които изглежда бяха в процес на сливане. Данните от всестранното проучване WISE бяха използвани за идентифициране на онези галактики, показващи най-мощните AGN.
След това те консултираха данни от разширения CCD Imact Spectrometer (ACIS) на Chandra и LBT, за да идентифицират седем галактики, които изглежда бяха в напреднал етап на сливане. Изследването, ръководено от Елисън, също разчита на оптични данни, предоставени от Mapping Nearly Galaxies в обсерваторията Apache Point Observatory (MaNGA), за да определи една от новите двойки на черната дупка.
От комбинираните данни те откриха, че пет от седемте обединяващи се галактики разполагат с възможни двойни AGN, които бяха разделени с по-малко от 10 килопарсеци (над 30 000 светлинни години). Това беше доказано от инфрачервените данни, предоставени от WISE, които бяха в съответствие с това, което се предсказва от бързо растящи свръхмасивни черни дупки.
В допълнение, данните от Чандра показват тясно разделени двойки източници на рентгенови лъчи, което също е в съответствие с черните дупки, които бавно се натрупват върху тях. Тези инфрачервени и рентгенови данни също предполагат, че свръхмасивните черни дупки са погребани в големи количества прах и газ. Както Елисън посочи, тези констатации са резултат от усърдна работа, която се състои в сортиране на данни с множество дължини на вълната:
„Нашата работа показва, че комбинирането на инфрачервения подбор с проследяването на рентгенови лъчи е много ефективен начин да намерите тези двойки с черни дупки. Рентгеновите лъчи и инфрачервеното лъчение са в състояние да проникнат в затъмняващите облаци газ и прах, заобикалящи тези двойки от черни дупки, и острото зрение на Чандра е необходимо, за да ги раздели ”.
Преди това проучване, по-малко от десет чифта растящи черни дупки бяха потвърдени въз основа на рентгенови изследвания, и те бяха предимно случайно. Следователно тази последна работа, при която бяха открити пет двойки от черни дупки, използвайки комбинирани данни, беше и щастлива, и значима. Освен усилването на хипотезата, че свръхмасивните черни дупки се образуват от сливането на по-малки черни дупки, тези изследвания имат и сериозни последици за изследването на гравитационните вълни.
„Важно е да се разбере колко често се срещат свръхмасивни двойки с черни дупки, за да се помогне за прогнозиране на сигналите за гравитационни вълнови обсерватории“, каза Сатяпа. „С експериментите, които вече са на разположение, и бъдещите тези, които идват онлайн, това е вълнуващо време за проучване на сливането на черни дупки. Ние сме в ранните етапи на нова ера в изследването на Вселената. "
От 2016 г. насам са открити общо четири случая на гравитационни вълни с инструменти като Лазерната интерферометрова гравитационна вълнова обсерватория (LIGO) и Обсерваторията VIRGO. Тези открития обаче бяха резултат от сливания на черни дупки, при които черните дупки бяха по-малки и не толкова масивни - между осем и 36 слънчеви маси.
Свръхмасивните черни дупки, от друга страна, са много по-масивни и вероятно ще произведат много по-голям подпис на гравитационна вълна, тъй като продължават да се приближават. И след няколкостотин милиона години, когато тези двойки в крайна сметка се сливат, получената енергия, получена от масата, се превръща в гравитационни вълни, ще бъде невероятна.
Понастоящем детектори като LIGO и Дева не са в състояние да открият гравитационните вълни, създадени от двойки Supermassive Black Hole. Тази работа се извършва от масиви като Северноамериканската обсерватория за гравитационни вълни в Нанохерц (NANOGrav), която разчита на високоточните милисекундни пулсари за измерване на влиянието на гравитационните вълни върху пространството и времето.
Предполага се, че предложената лазерна интерферометрова космическа антена (LISA), която ще бъде първият специализиран космически детектор на гравитационни вълни, също ще помогне в търсенето. Междувременно изследванията на гравитационните вълни вече са се възползвали изключително много от усилията за съвместна работа като тази, която съществува между Advanced LIGO и Advanced Dego.
В бъдеще учените предвиждат също, че ще могат да изучават интериора на свръхновите чрез изследване на гравитационните вълни. Това вероятно ще разкрие много за механизмите, които стоят зад образуването на черни дупки. Между всички тези непрекъснати усилия и бъдещи разработки можем да очакваме да „чуем“ много повече от Вселената и най-мощните сили, които работят в нея.
Не забравяйте да разгледате тази анимация, която показва как ще изглежда евентуалното сливане на две от тези двойки от черни дупки, любезно от рентгеновата обсерватория Чандра:
