Астрономите са забелязали три свръхмасивни черни дупки (SMBH) в центъра на три сблъскващи се галактики на милиард светлинни години от Земята. Това е доказателство, че и трите са активни галактически ядра (AGN,), които нагъват материал и пламват ярко.
Това откритие може да хвърли малко светлина върху „окончателния проблем с парсека“, дългогодишен проблем в астрофизиката и сливанията на черни дупки.
Астрономите откриха трите SMBH в данни от множество телескопи, включително Sloan Digital Sky Survey (SDSS), рентгеновата обсерватория в Чандра и инфрачервения изследовател с широко поле (WISE.) Трите черни дупки са обвити в почти невъобразимо епично събитие; сливане на три галактики. Тези триплетни сливания могат да играят критична роля за това как най-масивните черни дупки растат с течение на времето.
„Това е най-силното доказателство досега за такава тройна система за активно хранене на свръхмасивни черни дупки.“
Райън Пфайфл, университет Джордж Мейсън, водещ автор.
Астрономите, които го намериха, не очакваха да намерят три черни дупки в центъра на сливане с тройна галактика.
„По онова време търсехме само двойки черни дупки и въпреки това, чрез нашата техника на подбор, ние се натъкнахме на тази невероятна система“, казва Райън Пфайфл от университета Джордж Мейсън от Феърфакс, Вирджиния, първият автор на нова книга в The Astrophysical Journal, описващ тези резултати. „Това е най-силното доказателство досега за такава тройна система за активно хранене на свръхмасивни черни дупки.“
Системите с тройни черни дупки са трудни за откриване, тъй като толкова много се случва в техния квартал. Те са покрити с газ и прах, което прави предизвикателството да се види. В това проучване бяха необходими няколко телескопа, работещи в различни части на електромагнитния спектър, за да се разкрият трите дупки. Това отне и работата на някои граждански учени.
Те са не само трудни за откриване, но и рядко срещани. „Двойните и тройните черни дупки са изключително редки“, казва съавторът Шобита Сатьяпал, също от Джордж Мейсън, „но такива системи всъщност са естествено следствие от сливанията на галактиките, които според нас са как галактиките растат и се развиват“.
SDSS беше първият, който забеляза това тройно сливане на видима светлина, но едва чрез Galaxy Zoo, граждански научен проект, той беше идентифициран като система от сблъскващи се галактики. Тогава WISE видя, че системата свети в инфрачервеното, което показва, че е във фаза на сливане на галактика, когато се очакваше да се захранва повече от една от черните дупки.
Данните на Sloan и WISE бяха просто мъчителни улики, а астрономите се обърнаха към обсерваторията Чандра и Големия бинокуларен телескоп (LBT) за още потвърждение. Наблюденията на Чандра показаха, че в центъра на всяка галактика има ярки източници на рентгенови лъчи. Точно там учените очакват да намерят SMBH.
Още доказателства, показващи, че SMBH са били пристигнали от Чандра и спътника на ядрения спектроскопски масив от НАСА (NuSTAR). Те откриха доказателства за големи количества газ и прах близо до една от черните дупки. Това се очаква, когато черните дупки се сливат. Други данни от оптичната светлина от SDSS и LBT предоставиха спектрални доказателства, характерни за трите SMBH подавания.
"Оптичните спектри съдържат богата информация за галактика", каза съавторът Кристина Манцано-Кинг от Калифорнийския университет, Ривърсайд. "Те обикновено се използват за идентифициране на активно натрупващи се свръхмасивни черни дупки и могат да отразят влиянието, което оказват върху галактиките, които обитават."
С тази работа екипът от астрономи разработи начин да намери повече от тези системи с тройни черни дупки. „Чрез използването на тези основни обсерватории открихме нов начин за идентифициране на тройни свръхмасивни черни дупки. Всеки телескоп ни дава различна представа за случващото се в тези системи “, каза Пфайфл. „Надяваме се да разширим работата си, за да намерим повече тройки, използвайки същата техника.“
Може да са хвърлили малко светлина и върху окончателния проблем с парсека.
Окончателният проблем с Парсек
Последният проблем с parsec е централен за нашето разбиране за бинарните сливания на черни дупки. Това е теоретичен проблем, който казва, че когато две черни дупки се приближават една до друга, прекомерната им орбитална енергия ги спира да се сливат. Те могат да стигнат до няколко светлинни години, след което процесът на сливане спира.
Когато две черни дупки първоначално се приближават една до друга, техните хиперболични траектории ги пренасят непосредствено една над друга. С течение на времето, докато двете дупки си взаимодействат със звезди в тяхна близост, те прашкат звездите гравитационно, прехвърляйки част от своята орбитална енергия на звезда всеки път, когато го правят. Излъчването на гравитационни вълни също намалява енергията на черните дупки.
В крайна сметка двете черни дупки хвърлят достатъчно орбитална енергия, за да се забавят и да се приближат по-отблизо, и да стигнат само за няколко парсеса. Проблемът е, че когато те затварят разстоянието, все повече и повече материя се изхвърля от тяхната близост чрез стрелба с прашка. Това означава, че няма повече значение черните дупки да взаимодействат и да хвърлят повече орбитална енергия. В този момент процесът на сливане спира. Или би трябвало.
И все пак астрофизиците знаят, че черните дупки се сливат, защото са били свидетели на мощните гравитационни вълни. Всъщност LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) открива сливане на черна дупка около веднъж седмично. Как се сливат помежду си в края се нарича окончателен проблем с парсека.
Екипът, стоящ зад това проучване, смята, че те може да имат отговор. Те смятат, че трета черна дупка, както са наблюдавали в тази система, би могла да даде тласък, необходим за събирането на две дупки. Когато двойка черни дупки в тринарната система се приближават една към друга, третата дупка може да им повлияе, за да затворят окончателния парсек и да се слеят.
Според компютърните симулации около 16% от двойките свръхмасивни черни дупки в сблъскващи се галактики ще са взаимодействали с трета свръхмасивна черна дупка, преди да се слеят. Тези сливания биха произвели гравитационни вълни, но проблемът е, че тези вълни биха били твърде нискочестотни, за да открият LIGO или обсерваторията VIRGO.
За да ги открият, учените може би ще трябва да разчитат на бъдещи обсерватории като LISA, космическа антена на ESA / НАСА на космическата антена. LISA ще наблюдава гравитационни вълни с по-ниска честота от LIGO или VIRGO и е по-добре оборудвана, за да открие сливането на супермасивни черни дупки.
Документът, представящ тези резултати, е озаглавен „Троен AGN в средно-инфрачервено избрано късно сляпо галактическо сливане.“
Повече ▼:
- Прессъобщение: Намерено: Три черни дупки при сблъсък
- Документ за изследване: Троен AGN в средно инфрачервено избрано слято галактическо сливане
- Уикипедия: окончателен проблем с Парсек
- LISA: Космическа антена с лазерен интерферометър
