I årtier har astronomer vidst, at supermassive sorte huller (SMBH'er) bor i midten af de mest massive galakser. Disse sorte huller, der spænder fra at være hundreder af tusinder til milliarder af solmasser, har en stærk indflydelse på omgivende stof og antages at være årsagen til Active Galactic Nuclei (AGN). Så længe astronomer har vidst om dem, har de forsøgt at forstå, hvordan SMBH'er dannes og udvikler sig.
I to for nylig offentliggjorte undersøgelser rapporterer to internationale forskerteam om opdagelsen af fem nyopdagede sorte hulpar i centrum af fjerne galakser. Denne opdagelse kunne hjælpe astronomer med at kaste nyt lys over, hvordan SMBH'er dannes og vokser med tiden, for ikke at nævne, hvordan sorte hulfusioner producerer de stærkeste gravitationsbølger i universet.
De første fire dobbelt sorte hulkandidater blev rapporteret i en undersøgelse med titlen “Buried AGNs in Advanced Mergers: Mid-Infrared Colour Selection as A Dual AGN Finder”, som blev ledet af Shobita Satyapal, professor i astrofysik ved George Mason University. Denne undersøgelse blev accepteret til offentliggørelse i The Astrophysical Journal og dukkede for nylig online.
Den anden undersøgelse, der rapporterede om den femte kandidat med dobbelt sort hul, blev ledet af Sarah Ellison - en astrofysikprofessor ved University of Victoria. Det blev for nylig offentliggjort i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society under titlen “Opdagelse af en dobbelt aktiv galaktisk nukleus med ~ 8 kpc adskillelse”. Opdagelsen af disse fem sorte hulpar var meget heldig, da par er et meget sjældent fund.
Som Shobita Satyapal forklarede i en pressemeddelelse fra Chandra:
”Astronomer finder enkelt supermassive sorte huller overalt i universet. Men selvom vi har forudsagt, at de vokser hurtigt, når de interagerer, har det været vanskeligt at finde dobbelt supermassive sorte huller.“
De sorte hulpar blev opdaget ved at kombinere data fra et antal forskellige jordbaserede og pladsbaserede instrumenter. Dette omfattede optiske data fra Sloan Digital Sky Survey (SDSS) og det jordbaserede Large Binocular Telescope (LBT) i Arizona med næsten infrarøde data fra Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) og røntgenstråledata fra NASAs Chandra Røntgenobservatorium.
Af hensyn til deres undersøgelser forsøgte Satyapal, Ellison og deres respektive hold at opdage dobbelt AGN'er, som antages at være en konsekvens af galaktiske fusioner. De begyndte med at konsultere optiske data fra SDSS for at identificere galakser, der syntes at være i færd med at fusionere. Data fra WISE-undersøgelsen med alle himmel blev derefter brugt til at identificere de galakser, der viste de mest kraftfulde AGN'er.
De konsulterede derefter data fra Chandras Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) og LBT for at identificere syv galakser, der syntes at befinde sig i et avanceret fusionstrin. Undersøgelsen ledet af Ellison er også afhængig af optiske data leveret af kortlægningen nærliggende galakser ved Apache Point Observatory (MaNGA) -undersøgelsen for at finde et af de nye sorte hulpar.
Fra de samlede data fandt de, at fem ud af de syv fusionerende galakser var vært for mulige dobbelt AGN'er, som blev adskilt med mindre end 10 kiloparsek (over 30.000 lysår). Dette blev beviset af de infrarøde data leveret af WISE, som var i overensstemmelse med, hvad der er beregnet til hurtigt voksende supermassive sorte huller.
Derudover viste Chandra-dataene tæt adskilte par røntgenkilder, hvilket også er i overensstemmelse med sorte huller, der langsomt har materie, der bliver hævet på dem. Disse infrarøde og røntgenoplysninger antydede også, at de supermassive sorte huller er begravet i store mængder støv og gas. Som Ellison antydede, var disse fund resultatet af omhyggeligt arbejde, der bestod i at sortere gennem flere bølgelængder af data:
”Vores arbejde viser, at det at kombinere det infrarøde valg med røntgenopfølgning er en meget effektiv måde at finde disse sorte hulpar på. Røntgenstråler og infrarød stråling er i stand til at trænge ind i de skjulte skyer af gas og støv, der omgiver disse sorte hulpar, og Chandras skarpe vision er nødvendig for at adskille dem.
Før denne undersøgelse var mindre end ti par voksende sorte huller blevet bekræftet baseret på røntgenundersøgelser, og disse var stort set tilfældigt. Dette seneste arbejde, der detekterede fem sorte hulpar ved hjælp af kombinerede data, var derfor både heldig og markant. Bortset fra at styrke hypotesen om, at supermassive sorte huller dannes fra fusionen af mindre sorte huller, har disse undersøgelser også alvorlige konsekvenser for gravitationsbølgeforskning.
"Det er vigtigt at forstå, hvor almindelige supermassive sorte hulpar er, for at hjælpe med at forudsige signalerne til gravitationsbølgerobservatorier," sagde Satyapa. ”Med eksperimenter, der allerede er på plads, og fremtidige, der kommer online, er dette et spændende tidspunkt at forske på fusion af sorte huller. Vi er i de tidlige stadier af en ny æra med at udforske universet. ”
Siden 2016 er i alt fire tilfælde af tyngdekraftsbølger blevet påvist af instrumenter som Laser Interferometer Gravitations-Wave Observatory (LIGO) og VIRGO Observatory. Imidlertid var disse detektioner resultatet af fusioner med sorte huler, hvor de sorte huller alle var mindre og mindre massive - mellem otte og 36 solmasser.
Supermassive sorte huller er på den anden side meget mere massive og vil sandsynligvis producere en meget større gravitationsbølgesignatur, når de fortsætter med at komme tættere på hinanden. Og om nogle få hundrede millioner år, når disse par i sidste ende smelter sammen, vil den resulterende energi, der produceres af masse, der omdannes til tyngdekraftsbølger, være utroligt.
På nuværende tidspunkt er detektorer som LIGO og Jomfru ikke i stand til at registrere gravitationsbølger skabt af Supermassive Black Hole-par. Dette arbejde udføres af matriser som det nordamerikanske Nanohertz-observatorium for gravitationsbølger (NANOGrav), der er afhængig af høj-præcision millisekund-pulsarer for at måle gravitationsbølgernes indflydelse på rumtiden.
Den foreslåede laserinterferometer rumantenne (LISA), som vil være den første dedikerede rumbaserede gravitationsbølgedetektor, forventes også at hjælpe i søgningen. I mellemtiden har gravitationsbølgeforskning allerede draget stor fordel af samarbejdsindsatser som den, der findes mellem Advanced LIGO og Advanced Virgo.
I fremtiden forventer forskere også, at de vil være i stand til at studere det indre af supernovaer gennem gravitationsbølgeforskning. Dette afslører sandsynligvis en hel del om mekanismerne bag dannelse af sort hul. Mellem al denne igangværende indsats og fremtidige udviklinger kan vi forvente at "høre" meget mere af universet og de mest magtfulde kræfter, der arbejder inden for det.
Sørg for at tjekke denne animation, der viser, hvordan den eventuelle fusion af to af disse sorte hulpar vil se ud, takket være Chandra X-ray Observatory:
