Že desetletja astronomi vedo, da supermasivne črne luknje (SMBH) prebivajo v središču najbolj množičnih galaksij. Te črne luknje, ki segajo od sto tisoč do milijard sončnih mas, močno vplivajo na okoliško snov in verjamejo, da so vzrok za aktivno galaktično jedro (AGN). Dokler astronomi vedo zanje, so poskušali razumeti, kako se SMBH oblikujejo in razvijajo.
V zadnjih nedavno objavljenih raziskavah dve mednarodni skupini raziskovalcev poročajo o odkritju petih na novo odkritih parov črnih lukenj v središčih oddaljenih galaksij. To odkritje bi lahko pomagalo astronomom osvetliti, kako se SMBH oblikujejo in rastejo skozi čas, da ne omenjam, kako združitve črne luknje proizvajajo najmočnejša gravitacijska valovanja v vesolju.
O prvih štirih kandidatih z dvojno črno luknjo so poročali v študiji z naslovom »Pokopani AGN-ji v naprednih združitvah: izbira srednje-infrardeče barve kot dvojni iskalec AGN«, ki jo je vodila Shobita Satyapal, profesorica astrofizike na univerzi George Mason. Ta študija je bila sprejeta za objavo v The Astrophysical Journal in nedavno se je pojavila na spletu.
Drugo raziskavo, ki je poročala o petem kandidatu za dvojno črno luknjo, je vodila Sarah Ellison - profesorica astrofizike na univerzi v Victoria. Pred kratkim je bila objavljena v Mesečna obvestila Royal Astronomical Society pod naslovom "Odkrivanje dvojnega aktivnega galaktičnega jedra z ločitvijo ~ 8 kpc". Odkritje teh petih parov črnih lukenj je bilo zelo na srečo, glede na to, da so pari zelo redka najdba.
Kot je v izjavi za javnost Chandra pojasnila Shobita Satyapal:
»Astronomi po vsem vesolju najdejo ene same supermasivne črne luknje. Kljub temu da smo predvideli, da bosta hitro delovala med seboj, je težko najti naraščajoče dvojne supermasivne črne luknje.“
Pare s črno luknjo so odkrili s kombinacijo podatkov iz različnih instrumentov, ki temeljijo na tleh in vesolju. To je vključevalo optične podatke iz Sloan Digital Sky Survey (SDSS) in zemeljskega velikega daljnoglednega teleskopa (LBT) v Arizoni s skoraj infrardečimi podatki iz širokopasovnega infrardečega raziskovanja (WISE) in rentgenskimi podatki iz NASA-ine Chandra Rentgenski observatorij.
Zaradi svojih študij so Satyapal, Ellison in njihove ustrezne skupine poskušali odkriti dvojne AGN, za katere se verjame, da so posledica galaktičnih združitev. Začeli so s svetovanjem optičnih podatkov iz SDSS, da bi prepoznali galaksije, za katere se zdi, da so v postopku združitve. Podatki iz vse nebesne raziskave WISE so bili nato uporabljeni za prepoznavanje galaksij, ki prikazujejo najzmogljivejše AGN.
Nato so pregledali podatke iz Chandrovega naprednega CCD slikovnega spektrometra (ACIS) in LBT, da so identificirali sedem galaksij, za katere se zdi, da so v napredni fazi združitve. Študija, ki jo je vodil Ellison, se je oprla tudi na optične podatke, ki jih je zagotovila raziskava Mapping Nearx Galaxies v opazovalnici Apache Point Observatory (MaNGA), da bi določila enega od novih parov črne luknje.
Iz združenih podatkov so ugotovili, da je pet od sedmih združitvenih galaksij gostilo možne dvojne AGN, ki so bili ločeni z manj kot 10 kiloparsekami (več kot 30.000 svetlobnih let). O tem pričajo infrardeči podatki, ki jih je posredoval WISE, kar je bilo skladno s tistimi, ki so predvidevali hitro rastoče supermasivne črne luknje.
Poleg tega so podatki Chandra pokazali tesno ločene pare rentgenskih virov, kar je skladno tudi s črnimi luknjami, ki se na njih počasi nabirajo. Ti podatki o infrardečih žarkih in rentgenskih žarkih so tudi kazali, da so supermasivne črne luknje zakopane v velikih količinah prahu in plina. Kot je nakazal Ellison, so te ugotovitve rezultat napornega dela, ki je obsegalo razvrščanje po številnih valovnih dolžinah podatkov:
„Naše delo kaže, da je kombiniranje izbire infrardeče povezave z nadzorom rentgenskih žarkov zelo učinkovit način za iskanje teh parov črne luknje. Rentgenski žarki in infrardeče sevanje lahko prodrejo v zasenčene oblake plina in prahu, ki obdajajo te pare črne luknje, in Chandra je oster vid potreben, da jih ločite.
Pred to raziskavo je bilo na podlagi rentgenskih študij potrjenih manj kot deset parov rastočih črnih lukenj, in to večinoma po naključju. To zadnje delo, ki je odkrilo pet parov črnih lukenj s pomočjo kombiniranih podatkov, je bilo zato tako posrečeno kot pomembno. Razen podkrepitve hipoteze, da iz združitve manjših črnih lukenj nastajajo supermasivne črne luknje, imajo tudi te študije resne posledice za raziskave gravitacijskih valov.
"Pomembno je razumeti, kako običajni so supermasivni pari črnih lukenj, da bi pomagali pri napovedovanju signalov za opazovalnice gravitacijskih valov," je dejal Satyapa. »Če že potekajo poskusi in bodoči eksperimenti prihajajo na splet, je to vznemirljiv čas za raziskovanje združitve črnih lukenj. Smo v zgodnjih fazah novega obdobja raziskovanja vesolja. "
Od leta 2016 so instrumenti, kot sta Laser Interferometer Gravitacijski valovni observatorij (LIGO) in observatorij VIRGO, odkrili skupno štiri primere gravitacijskih valov. Vendar so bile te zaznave posledica združitev črnih lukenj, kjer so bile črne luknje manjše in manj masivne - med osem in 36 sončnih mas.
Po drugi strani pa so supermasivne črne luknje veliko bolj masivne in bodo verjetno dale veliko večji gravitacijski podpis valov, ko se še naprej približujejo. In čez nekaj sto milijonov let, ko se ti pari sčasoma združijo, bo nastala energija, ki jo ustvarja masa, pretvorjena v gravitacijske valove, neverjetna.
Trenutno detektorji, kot sta LIGO in Devica, ne morejo zaznati gravitacijskih valov, ki so jih ustvarili pari Supermassive Black Hole. To delo izvajajo nizi, kot je Severnoameriški observatorij za gravitacijske valove v Nanohertzu (NANOGrav), ki se za merjenje vpliva gravitacijskih valov na prostor-čas zanaša na visoko precizne milisekundne pulsarje.
Pri iskanju naj bi pomagala tudi predlagana laserska interferometrska vesoljska antena (LISA), ki bo prvi namenski vesoljski detektor gravitacijskih valov. Medtem so raziskave gravitacijskega valovanja že znatno izkoristile skupna prizadevanja, kot je tista, ki obstaja med Napredno LIGO in Napredno Devico.
Znanstveniki tudi v prihodnosti predvidevajo, da bodo lahko raziskovali notranjost supernov z raziskavami gravitacijskih valov. To bo verjetno pokazalo veliko o mehanizmih nastanka črnih lukenj. Med vsemi temi nenehnimi prizadevanji in prihodnjim razvojem lahko pričakujemo, da bomo »slišali« veliko več vesolja in najmočnejših sil, ki delujejo v njem.
Bodite prepričani, da si oglejte to animacijo, ki pokaže, kako bo izgledala morebitna združitev teh dveh parov črnih lukenj, iz pristojnosti rentgenskega observatorija Chandra:
