Astronomer har set tre supermassive sorte huller (SMBH'er) i midten af tre sammenstødende galakser en milliard lysår væk fra Jorden. Dette er et bevis på, at alle tre også er aktive galaktiske kerner (AGN,), der opsamler materiale og lyser lys ud.
Denne opdagelse kan kaste lys over ”det endelige parsec-problem”, et mangeårigt problem inden for astrofysik og fusioner med sorte huler.
Astronomer fandt de tre SMBH'er i data fra flere teleskoper, herunder Sloan Digital Sky Survey (SDSS,) Chandra X-ray Observatory og Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE.) De tre sorte huller er pakket ind i et næsten ufattelig episk begivenhed; en fusion af tre galakser. Disse tripletfusioner kan spille en kritisk rolle i, hvordan de mest massive sorte huller vokser over tid.
”Dette er det stærkeste bevis, der endnu er fundet for et så tredobbelt system med aktiv fodring af supermassive sorte huller.”
Ryan Pfeifle, George Mason University, hovedforfatter.
Astronomerne, der fandt det, forventede ikke at finde tre sorte huller i midten af en tredobbelt galakse-fusion.
”Vi ledte kun efter par sorte huller på det tidspunkt, og alligevel snublede vi gennem vores udvælgelsesteknologi over dette fantastiske system,” sagde Ryan Pfeifle fra George Mason University i Fairfax, Virginia, den første forfatter af en ny artikel i Den Astrofysiske tidsskrift, der beskriver disse resultater. ”Dette er det stærkeste bevis, der endnu er fundet for et så tredobbelt system med aktiv fodring af supermassive sorte huller.”
Triple sorte hulsystemer er vanskelige at få øje på, fordi der er så meget, der sker i deres kvarter. De er indhyllet i gas og støv, der gør det udfordrende at se ind. I denne undersøgelse tog det adskillige teleskoper, der arbejdede i forskellige dele af det elektromagnetiske spektrum for at afdække de tre huller. Det krævede også arbejde fra nogle borgerforskere.
De er ikke kun vanskelige at se, men sjældne. "Dobbelt og tredobbelt sorte huller er meget sjældne," sagde co-forfatter Shobita Satyapal, også af George Mason, "men sådanne systemer er faktisk en naturlig konsekvens af galaksefusioner, som vi mener er, hvordan galakser vokser og udvikler sig."
SDSS var den første til at opdage denne tredobbelte fusion i synligt lys, men det var kun gennem Galaxy Zoo, et borgervidenskabsprojekt, at det blev identificeret som et system til sammenstødende galakser. Derefter så WISE, at systemet glødede i den infrarøde, hvilket indikerede, at det var i en fase af galakse-fusionen, da mere end et af de sorte huller forventedes at fodre.
Sloan- og WISE-dataene var dog bare fristende ledetråd, og astronomer henvendte sig til Chandra-observatoriet og det store binokulære teleskop (LBT) for mere bekræftelse. Chandra-observationer viste, at der var lyse røntgenkilder i midten af hver galakse. Det er præcis, hvor forskere forventer at finde SMBH'er.
Flere beviser, der viser, at der var SMBH'er ankom fra Chandra og NASAs satellit med nuklear spektroskopisk teleskop Array (NuSTAR). De fandt bevis for store mængder gas og støv nær et af de sorte huller. Det forventes, når sorte huller smelter sammen. Andre optiske lysdata fra SDSS og LBT leverede spektrale beviser, der er karakteristisk for de tre SMBH'er, der fodres.
”Optiske spektre indeholder et væld af oplysninger om en galakse,” sagde medforfatter Christina Manzano-King fra University of California, Riverside. ”De bruges ofte til at identificere aktivt tiltrækkende supermassive sorte huller og kan afspejle den indflydelse, de har på galakserne, de bor.”
Med dette arbejde har teamet af astronomer udviklet en måde at finde flere af disse tredobbelt sorte hulsystemer på. ”Gennem brug af disse store observatorier har vi identificeret en ny måde at identificere tredobbelt supermassive sorte huller. Hvert teleskop giver os en anden anelse om, hvad der foregår i disse systemer, ”sagde Pfeifle. ”Vi håber at kunne udvide vores arbejde til at finde flere tredobbelt ved hjælp af den samme teknik.”
De har muligvis også kastet noget lys over det endelige parsec-problem.
Det sidste Parsec-problem
Det sidste parsec-problem er centralt for vores forståelse af binære sorte hulfusioner. Det er et teoretisk problem, der siger, at når to sorte huller nærmer sig hinanden, forhindrer deres overdreven orbitalenergi dem i at slå sig sammen. De kan komme til inden for et par lysår, hvorefter den fusionerende proces går i stå.
Når to sorte huller oprindeligt nærmer sig hinanden, fører deres hyperboliske bane dem lige forbi hinanden. Med tiden, når de to huller interagerer med stjerner i deres nærhed, slynger de stjernerne på tyngdekraften, og overfører nogle af deres orbitalenergi til en stjerne, hver gang de gør det. Emissionen af gravitationsbølger mindsker også de sorte hulers energi.
Til sidst kaster de to sorte huller tilstrækkelig orbital energi til at bremse og nærme sig hinanden nærmere og komme inden for bare et par parsecs fra hinanden. Problemet er, når de lukker afstanden, bliver mere og mere materie kastet ud fra deres nærhed via slynge-shotting. Det betyder, at der ikke er mere spørgsmål for de sorte huller at interagere med og kaste mere orbital energi. På det tidspunkt går fusionen fast. Eller det skulle.
Alligevel ved astrofysikere, at sorte huller smelter sammen, fordi de har været vidne til de kraftige tyngdekraftsbølger. Faktisk opdager LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) en fusion af sort hul cirka en gang om ugen. Hvordan de smelter sammen med hinanden, kaldes det endelige parsec-problem.
Holdet bag denne undersøgelse mener, at de måske har et svar. De tror, at et tredje sort hul, som de har observeret i dette system, kunne give det løft, der er nødvendigt for at få to huller til at smelte sammen. Når et par sorte huller i et trinært system nærmer sig hinanden, kunne det tredje hul påvirke dem til at lukke den endelige parsec og fusionere.
Ifølge computersimuleringer vil ca. 16% af par supermassive sorte huller i sammenstødende galakser have interageret med et tredje supermassivt sort hul, før de smelter sammen. Disse fusioner ville producere gravitationsbølger, men problemet er, at disse bølger ville være for lavfrekvente til at LIGO eller VIRGO-observatoriet kan detektere.
For at opdage disse kan forskere muligvis stole på fremtidige observatorier som LISA, ESA / NASAs laserinterferometer-rumantenne. LISA overvåger gravitationsbølger med lavere frekvens end LIGO eller VIRGO og er bedre udstyret til at finde supermassive sorte huller, der smelter sammen.
Papiret, der præsenterer disse resultater, har titlen "En tredobbelt AGN i en midtinfrarød valgt sen fase Galaxy-fusion."
Mere:
- Pressemeddelelse: Fundet: Tre sorte huller på kollisionskurs
- Forskningsartikel: En tredobbelt AGN i en midt-infrarød valgt sen fase Galaxy Fusion
- Wikipedia: Endelig Parsec-problem
- LISA: Laserinterferometer Space Antenna
