Astronomii au descoperit trei găuri negre supermasive (SMBHs) în centrul a trei galaxii care se ciocnesc la un miliard de ani lumină de Pământ. Aceasta este o dovadă a faptului că toate cele trei sunt nuclee galactice active (AGN), care împletesc materialul și se aprind puternic.
Această descoperire poate arunca un pic de lumină asupra „problemei finale parsec”, o problemă de lungă durată în domeniul astrofizicii și fuziunilor găurilor negre.
Astronomii au găsit cele trei SMBH-uri din date de pe mai multe telescoape, inclusiv Sloan Digital Sky Survey (SDSS,) Chandra ray-X Observatory și Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE). Cele trei găuri negre sunt învelite într-un aproape eveniment inimaginabil de epic; o fuziune a trei galaxii. Aceste fuziuni triplate pot juca un rol critic în modul în care cele mai masive găuri negre cresc în timp.
„Aceasta este cea mai puternică dovadă găsită încă pentru un astfel de sistem triplu de alimentare activă a găurilor negre supermasive.”
Ryan Pfeifle, Universitatea George Mason, autor principal.
Astronomii care au găsit-o nu se așteptau să găsească trei găuri negre în centrul unei fuziuni triplo-galaxice.
„Am căutat doar perechi de găuri negre la acea vreme și, totuși, prin tehnica noastră de selecție, ne-am dat peste acest sistem uimitor”, a declarat Ryan Pfeifle de la Universitatea George Mason din Fairfax, Virginia, primul autor al unei noi lucrări în Jurnalul Astrofizic care descrie aceste rezultate. „Aceasta este cea mai puternică dovadă găsită încă pentru un astfel de sistem triplu de alimentare activă a găurilor negre supermasive.”
Sistemele cu triplă gaură neagră sunt greu de observat, deoarece se întâmplă atât de multe în vecinătatea lor. Sunt învăluite în gaz și praf, ceea ce face dificil să le vezi. În acest studiu, a fost nevoie de mai multe telescoape care operează în diferite părți ale spectrului electromagnetic pentru a descoperi cele trei găuri. De asemenea, a fost nevoie de munca unor oameni de știință cetățeni.
Nu numai că sunt dificile de observat, dar sunt rare. „Gurile negre duble și triple sunt extrem de rare”, a declarat co-autorul Shobita Satyapal, de asemenea al lui George Mason, „dar astfel de sisteme sunt de fapt o consecință naturală a fuziunilor galaxiei, care credem că este modul în care galaxiile cresc și evoluează."
SDSS a fost primul care a observat această fuziune triplă în lumină vizibilă, dar numai prin Galaxy Zoo, un proiect științific al cetățenilor, a fost identificat ca un sistem de galaxii în coliziune. Apoi WISE a văzut că sistemul strălucea în infraroșu, ceea ce indică faptul că se afla într-o fază de fuziune a galaxiei atunci când se preconiza că mai multe dintre găurile negre se alimentau.
Datele Sloan și WISE au fost doar indicii tentante, iar astronomii au apelat la Observatorul Chandra și la Marele Telescop Binocular (LBT) pentru mai multe confirmări. Observațiile Chandra au arătat că în centrul fiecărei galaxii există surse de raze X luminoase. Acesta este exact locul în care oamenii de știință se așteaptă să găsească SMBH.
Mai multe dovezi care arată că SMBH-urile au ajuns acolo din satelitul Chandra și NASA Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR). Au găsit dovezi ale unor cantități mari de gaz și praf în apropierea unuia dintre găurile negre. Asta este de așteptat când se vor contopi găurile negre. Alte date de lumină optică din SDSS și LBT au furnizat dovezi spectrale care sunt caracteristice celor trei SMBH-uri de alimentare.
„Spectrele optice conțin o mulțime de informații despre o galaxie”, a declarat co-autoarea Christina Manzano-Regele Universității din California, Riverside. „Sunt utilizate în mod obișnuit pentru a identifica în mod activ accelerarea găurilor negre supermasive și pot reflecta impactul pe care îl au asupra galaxiilor pe care le locuiesc.”
Cu această lucrare, echipa de astronomi a dezvoltat o modalitate de a găsi mai multe dintre aceste sisteme triplă cu găuri negre. „Prin utilizarea acestor observatorii majore, am identificat o nouă modalitate de identificare a triplurilor negre supermasive. Fiecare telescop ne oferă un indiciu diferit despre ce se întâmplă în aceste sisteme ”, a spus Pfeifle. „Sperăm să ne extindem munca pentru a găsi mai multe tripluri folosind aceeași tehnică.”
Este posibil să fi arătat și un pic de lumină asupra problemei finale de parsec.
Problema finală Parsec
Problema finală parsec este esențială pentru înțelegerea noastră de fuziuni binare ale găurilor negre. Este o problemă teoretică care spune că atunci când două găuri negre se apropie între ele, energia lor orbitală excesivă îi împiedică să se contopească. Acestea pot ajunge în câțiva ani-lumină, apoi procesul de fuziune se oprește.
Când două găuri negre se apropie inițial unul de celălalt, traiectoriile lor hiperbolice le poartă una peste alta. De-a lungul timpului, pe măsură ce cele două găuri interacționează cu stelele din vecinătatea lor, acestea trântesc gravitațional stelele, transferand o parte din energia lor orbitală unei stele de fiecare dată când o fac. Emisia undelor gravitaționale scade, de asemenea, energia găurilor negre.
În cele din urmă, cele două găuri negre vărsă suficientă energie orbitală pentru a încetini și a se apropia unul de celălalt mai îndeaproape și ajung la doar câteva parsecuri unele de altele. Problema este că, pe măsură ce aceștia închid distanța, din ce în ce mai multă materie este evacuată din vecinătatea lor, prin zgură. Asta înseamnă că nu mai are nicio importanță ca găurile negre să interacționeze cu și să arunce mai multă energie orbitală. În acel moment, procesul de fuziune se oprește. Sau ar trebui.
Cu toate acestea, astrofizicienii știu că găurile negre se contopesc pentru că au fost martorii puternice valuri gravitaționale. De fapt, LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) descoperă o fuziune a găurilor negre aproximativ o dată pe săptămână. Cum se contopește între ei la sfârșit se numește problema parsec finală.
Echipa din spatele acestui studiu crede că ar putea avea un răspuns. Ei cred că o a treia gaură neagră, așa cum au fost observate în acest sistem, ar putea oferi impulsul necesar pentru ca două găuri să se îmbine. Pe măsură ce o pereche de găuri negre dintr-un sistem trinar se apropie între ele, a treia gaură le-ar putea influența să închidă parsec-ul final și să se îmbine.
Conform simulărilor computerizate, aproximativ 16% din perechile de găuri negre supermasive din galaxiile în coliziune vor fi interacționat cu o a treia gaură neagră supermasivă înainte de a se contopi. Aceste fuziuni ar produce unde gravitaționale, dar problema este că aceste unde ar fi cu frecvență prea mică pentru detectarea LIGO sau a observatorului VIRGO.
Pentru a le detecta, oamenii de știință ar trebui să se bazeze pe viitoarele observatoare precum LISA, antena spațială cu interferometru laser ESA / NASA. LISA va observa unde gravitaționale cu frecvență mai mică decât LIGO sau VIRGO și este mai bine echipată pentru a găsi găuri negre super-masive.
Lucrarea care prezintă aceste rezultate este intitulată „Un triplu AGN într-o fuziune de galaxie selectată pentru stadiul târziu în infraroșu”.
Mai Mult:
- Comunicat de presă: Găsit: Trei găuri negre pe cursul de coliziune
- Lucrare de cercetare: un triplu AGN într-o fuziune de galaxie selectată în stadiul târziu
- Wikipedia: Problema finală Parsec
- LISA: Antena spațială cu interferometru laser
