Astronomi so opazili tri supermasivne črne luknje (SMBH) v središču treh trkajočih galaksij, ki so milijardo svetlobnih let oddaljene od Zemlje. To je dokaz, da so vsa tri tudi aktivna galaktična jedra (AGN,), ki golijo material in močno planijo.
To odkritje lahko osvetli "končni problem parseka", dolgotrajno vprašanje astrofizike in združitve črnih lukenj.
Astronomi so našli tri SMBH-je v podatkih iz več teleskopov, vključno s Sloan Digital Sky Survey (SDSS,) rentgenskim opazovalnikom Chandra in širokopasovnim infrardečim pregledovalnikom (WISE.) Tri črne luknje so zavite v skorajda nepredstavljivo epski dogodek; združitev treh galaksij. Te tripletne združitve lahko igrajo ključno vlogo pri tem, kako najmasovnejše črne luknje sčasoma rastejo.
"To je najmočnejši dokaz za tako trojni sistem aktivnega prehranjevanja supermasivne črne luknje."
Ryan Pfeifle, univerza George Mason, glavni avtor.
Astronomi, ki so ga našli, niso pričakovali, da bodo našli tri črne luknje v središču združitve trojne galaksije.
"Takrat smo iskali samo pare črnih lukenj, vendar smo se s svojo izbirno tehniko spopadli s tem neverjetnim sistemom," je dejal Ryan Pfeifle z univerze George Mason iz Fairfaxa v Virginiji, prvi avtor novega prispevka Astrofizični časopis, ki opisuje te rezultate. "To je najmočnejši dokaz za tako trojni sistem aktivnega prehranjevanja supermasivne črne luknje."
Triple črne luknje je težko opaziti, ker se v njihovi soseščini dogaja toliko. Zajete so v plin in prah, zaradi česar je težko pogledati. V tej raziskavi je bilo potrebnih več teleskopov, ki delujejo v različnih delih elektromagnetnega spektra, da so odkrili tri luknje. Potrebno je bilo tudi delo nekaterih državljanskih znanstvenikov.
Niso jih le težko opaziti, ampak tudi redki. "Dvojne in trojne črne luknje so izjemno redke," je dejala soavtorica Shobita Satyapal, tudi George Mason, "vendar so takšni sistemi dejansko posledica združitve galaksij, za katere menimo, da se galaksije razvijajo in razvijajo."
SDSS je prvi opazil to trojno združitev v vidni svetlobi, vendar je bil šele s pomočjo Galaxy Zoo, državljanskega znanstvenega projekta, prepoznan kot sistem trkajočih galaksij. Potem je WISE videl, da sistem žare v infrardeči povezavi, kar kaže, da je v fazi združitve galaksije, ko naj bi se napajalo več kot ena od črnih lukenj.
Podatki Sloan in WISE so le mučili namige, astronomi pa so se za večjo potrditev obrnili na observatorij Chandra in Veliki daljnogled (LBT). Opazovanja Chandra so pokazala, da so v središču vsake galaksije svetli viri rentgenskih žarkov. Prav tam znanstveniki pričakujejo, da bodo našli SMBH.
Dodatni dokazi kažejo, da so tam prihajali SMBH iz satelita Chandra in Nasinega jedrskega spektroskopskega teleskopskega sklopa (NuSTAR). V bližini ene od črnih lukenj so našli dokaze o velikih količinah plina in prahu. To se pričakuje, ko se črne luknje združijo. Drugi podatki optične svetlobe iz SDSS in LBT so nudili spektralne dokaze, ki so značilni za tri SMBH napajanje.
"Optični spektri vsebujejo veliko informacij o galaksiji," je povedala soavtorica Christina Manzano, kraljica kalifornijske univerze Riverside. "Običajno jih uporabljajo za identificiranje aktivno nabiranja supermasivnih črnih lukenj in lahko odražajo vpliv, ki ga imajo na galaksije, ki jih naseljujejo."
S tem delom je ekipa astronomov razvila način, kako najti več teh trojnih sistemov črne luknje. "Z uporabo teh glavnih opazovalnic smo ugotovili nov način prepoznavanja trojnih supermasivnih črnih lukenj. Vsak teleskop nam da drugačen pojem, kaj se dogaja v teh sistemih, "je dejal Pfeifle. "Upamo, da bomo svoje delo razširili in našli več trojk z isto tehniko."
Mogoče so osvetlili tudi končni problem parseca.
Končni problem Parsec
Končni problem s parsekom je ključnega pomena za naše razumevanje binarnih združitev črne luknje. To je teoretični problem, ki pravi, da se dve črni luknji približata drug drugemu, če ju pretirana orbitalna energija ustavi, da se združita. Do njih lahko pridejo v nekaj svetlobnih letih, nato pa se proces združevanja ustavi.
Ko se dve črni luknji sprva približata drug drugemu, ju hiperbolične poti usmerijo tik drug mimo drugega. Sčasoma, ko se dve luknji medsebojno povezujeta z zvezdami v njihovi bližini, si gravitacijsko luknjata zvezde in vsakič, ko to počneta, preneseta nekaj svoje orbitalne energije na zvezdo. Emisija gravitacijskih valov prav tako zmanjšuje energijo črnih lukenj.
Sčasoma dve črni luknji izpustita dovolj orbitalne energije, da se upočasnimo in se bolj približamo drug drugemu ter dosežemo le nekaj parsec. Težava je v tem, da ko zaprejo razdaljo, se iz njihove bližine s streljanjem s pucanjem vse več snovi odvrže. To pomeni, da ni več vprašanja, s katerimi bi črne luknje posegale in oddale več orbitalne energije. Na tem mestu se postopek združevanja ustavi. Ali pa bi moral.
Vendar astrofiziki vedo, da se črne luknje združijo, ker so bile priča močnim gravitacijskim valovanjem. Pravzaprav LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) odkriva združitev črne luknje približno enkrat na teden. Kako se na koncu združijo med seboj, se imenuje končna težava parsec.
Skupina, ki stoji za to raziskavo, meni, da bi morda imeli odgovor. Menijo, da bi lahko tretja črna luknja, kot so jo opazili v tem sistemu, spodbudila spajanje dveh lukenj. Ko se par črnih lukenj v trinavrskem sistemu približa drug drugemu, bi lahko tretja luknja vplivala nanje, da bi končni parsec zaprl in se združil.
Po računalniških simulacijah bo približno 16% parov supermasivne črne luknje v trkajočih galaksijah stopilo v interakcijo s tretjo supermasivno črno luknjo, preden se združijo. Te združitve bi povzročile gravitacijske valove, vendar je težava v tem, da bi bili ti valovi prenizke frekvence, da bi jih LIGO ali opazovalnica VIRGO zaznala.
Za odkrivanje teh se bodo znanstveniki morda morali zanašati na prihodnje opazovalnice, kot so LISA, vesoljska antena ESA / NASA-in laserski interferometer. LISA bo opazovala gravitacijske valove z nižjo frekvenco kot LIGO ali VIRGO in je bolje opremljena za iskanje super masivnih črnih lukenj, ki se združujejo.
Članek, ki predstavlja te rezultate, je naslovljen "Trojni AGN v srednje infracrveni izbrani pozni stopnji galaksije."
Več:
- Sporočilo za javnost: Najdeno: Tri črne luknje ob trku
- Raziskovalni članek: Trojni AGN v vmesnem infrardečem izbranem združitvi galaksije v pozni fazi
- Wikipedija: Končni problem Parsec
- LISA: Vesoljska antena za laserski interferometer
