Για δεκαετίες, οι αστρονόμοι γνωρίζουν ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες (SMBHs) βρίσκονται στο κέντρο των πιο μαζικών γαλαξιών. Αυτές οι μαύρες τρύπες, που κυμαίνονται από εκατοντάδες χιλιάδες έως δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες, ασκούν ισχυρή επιρροή στη γύρω ύλη και πιστεύεται ότι είναι η αιτία των ενεργών γαλαξιακών πυρήνων (AGN). Εφ 'όσον οι αστρονόμοι το γνωρίζουν, έχουν προσπαθήσει να καταλάβουν πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται οι SMBH.
Σε δύο πρόσφατα δημοσιευμένες μελέτες, δύο διεθνείς ομάδες ερευνητών αναφέρουν την ανακάλυψη πέντε ζευγαριών μαύρων τρυπών που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα στα κέντρα μακρινών γαλαξιών. Αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να βοηθήσει τους αστρονόμους να ρίξουν νέο φως στο πώς οι SMBH σχηματίζονται και αναπτύσσονται με την πάροδο του χρόνου, για να μην αναφέρουμε πώς οι συγχωνεύσεις μαύρων οπών παράγουν τα ισχυρότερα κύματα βαρύτητας στο Σύμπαν.
Οι πρώτοι τέσσερις υποψήφιοι διπλής μαύρης τρύπας αναφέρθηκαν σε μια μελέτη με τίτλο «Buried AGNs in Advanced Mergers: Mid-Infrared Color Selection as a Dual AGN Finder», με επικεφαλής την Shobita Satyapal, καθηγήτρια αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο George Mason. Αυτή η μελέτη έγινε αποδεκτή για δημοσίευση στο Η Αστροφυσική Εφημερίδα και εμφανίστηκε πρόσφατα στο διαδίκτυο.
Η δεύτερη μελέτη, η οποία ανέφερε την πέμπτη υποψήφια διπλή μαύρη τρύπα, ηγήθηκε της Sarah Ellison - καθηγήτρια αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Βικτώριας. Δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Μηνιαίες ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας με τίτλο «Ανακάλυψη ενός διπλού ενεργού γαλαξιακού πυρήνα με διαχωρισμό ~ 8 kpc». Η ανακάλυψη αυτών των πέντε ζευγών μαύρων οπών ήταν πολύ τυχαία, δεδομένου ότι τα ζευγάρια είναι ένα πολύ σπάνιο εύρημα.
Όπως εξήγησε η Shobita Satyapal σε μια δήλωση τύπου του Chandra:
«Οι αστρονόμοι βρίσκουν μοναδικές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες σε όλο το σύμπαν. Ωστόσο, παρόλο που έχουμε προβλέψει ότι αναπτύσσονται γρήγορα όταν αλληλεπιδρούν, είναι δύσκολο να βρεθούν διπλές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.“
Τα ζεύγη μαύρων τρυπών ανακαλύφθηκαν συνδυάζοντας δεδομένα από διάφορα διαφορετικά όργανα επίγειου και διαστημικού. Αυτό περιλάμβανε οπτικά δεδομένα από το Sloan Digital Sky Survey (SDSS) και το επίγειο Μεγάλο Διοφθαλμικό Τηλεσκόπιο (LBT) στην Αριζόνα με σχεδόν υπέρυθρα δεδομένα από το Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) και δεδομένα ακτίνων Χ από το Chandra της NASA Παρατηρητήριο ακτίνων Χ.
Για χάρη των σπουδών τους, οι Satyapal, Ellison και οι αντίστοιχες ομάδες τους προσπάθησαν να εντοπίσουν διπλά AGN, τα οποία πιστεύεται ότι είναι συνέπεια γαλαξιακών συγχωνεύσεων. Ξεκίνησαν συμβουλεύοντας οπτικά δεδομένα από το SDSS για τον εντοπισμό γαλαξιών που φαίνεται να βρίσκονται στη διαδικασία συγχώνευσης. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από την έρευνα WISE all-sky για τον εντοπισμό εκείνων των γαλαξιών που εμφανίζουν τα πιο ισχυρά AGN.
Στη συνέχεια συμβουλεύτηκαν δεδομένα από το Chandra's Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) και το LBT για να εντοπίσουν επτά γαλαξίες που φαίνεται να βρίσκονται σε προχωρημένο στάδιο συγχώνευσης. Η μελέτη με επικεφαλής τον Ellison βασίστηκε επίσης σε οπτικά δεδομένα που παρείχε η έρευνα Mapping Nearby Galaxies στο Apache Point Observatory (MaNGA) για να εντοπίσει ένα από τα νέα ζεύγη μαύρων οπών.
Από τα συνδυασμένα δεδομένα, διαπίστωσαν ότι πέντε από τους επτά συγχωνευμένους γαλαξίες φιλοξένησαν πιθανά διπλά AGN, τα οποία διαχωρίστηκαν με λιγότερο από 10 kiloparsecs (πάνω από 30.000 έτη φωτός). Αυτό αποδεικνύεται από τα υπέρυθρα δεδομένα που παρέχονται από το WISE, τα οποία συνάδουν με αυτά που προβλέπονται για ταχέως αναπτυσσόμενες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.
Επιπλέον, τα δεδομένα του Chandra έδειξαν στενά διαχωρισμένα ζεύγη πηγών ακτίνων Χ, η οποία είναι επίσης συνεπής με τις μαύρες τρύπες που έχουν αργή υφή. Αυτά τα δεδομένα υπερύθρων και ακτίνων Χ υποδηλώνουν επίσης ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες είναι θαμμένες σε μεγάλες ποσότητες σκόνης και αερίου. Όπως έδειξε ο Ellison, αυτά τα ευρήματα ήταν το αποτέλεσμα επίπονης εργασίας που συνίστατο στην ταξινόμηση πολλαπλών μηκών κύματος δεδομένων:
«Η δουλειά μας δείχνει ότι ο συνδυασμός της υπέρυθρης επιλογής με την παρακολούθηση ακτίνων Χ είναι ένας πολύ αποτελεσματικός τρόπος για να βρείτε αυτά τα ζεύγη μαύρων οπών. Οι ακτίνες Χ και η υπέρυθρη ακτινοβολία είναι σε θέση να διεισδύσουν στα σκοτεινά σύννεφα αερίου και σκόνης που περιβάλλουν αυτά τα ζεύγη μαύρων οπών και απαιτείται η έντονη όραση του Τσάντρα για να τα διαχωριστούν ».
Πριν από αυτήν τη μελέτη, είχαν επιβεβαιωθεί λιγότερα από δέκα ζευγάρια αυξανόμενων μαύρων τρυπών με βάση μελέτες ακτίνων Χ, και αυτές ήταν κυρίως τυχαίες. Αυτή η τελευταία δουλειά, η οποία ανίχνευσε πέντε ζεύγη μαύρων οπών χρησιμοποιώντας συνδυασμένα δεδομένα, ήταν επομένως τυχερή και σημαντική. Εκτός από την ενίσχυση της υπόθεσης ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες σχηματίζονται από τη συγχώνευση μικρότερων μαύρων οπών, αυτές οι μελέτες έχουν επίσης σοβαρές επιπτώσεις στην έρευνα βαρυτικών κυμάτων.
«Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πόσο κοινά είναι τα υπερμεγέθη ζευγάρια μαύρων τρυπών, για να βοηθήσουμε στην πρόβλεψη των σημάτων για παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων», δήλωσε ο Satyapa. «Με τα πειράματα που υπάρχουν ήδη και τα μελλοντικά που έρχονται στο Διαδίκτυο, αυτή είναι μια συναρπαστική στιγμή για την έρευνα συγχώνευσης μαύρων τρυπών. Βρισκόμαστε στα πρώτα στάδια μιας νέας εποχής στην εξερεύνηση του σύμπαντος. "
Από το 2016, έχουν εντοπιστεί συνολικά τέσσερα περιστατικά βαρυτικών κυμάτων από όργανα όπως το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων του Ιντερφερόμετρου Laser (LIGO) και το Παρατηρητήριο VIRGO. Ωστόσο, αυτές οι ανιχνεύσεις ήταν αποτέλεσμα συγχωνεύσεων μαύρων οπών όπου οι μαύρες τρύπες ήταν όλες μικρότερες και λιγότερο μαζικές - μεταξύ οκτώ και 36 ηλιακών μαζών.
Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, από την άλλη πλευρά, είναι πολύ πιο μαζικές και πιθανότατα θα παράγουν μια πολύ μεγαλύτερη υπογραφή κύματος βαρύτητας καθώς συνεχίζουν να πλησιάζουν πιο κοντά. Και σε μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, όταν αυτά τα ζεύγη συγχωνεύονται τελικά, η προκύπτουσα ενέργεια που παράγεται από τη μάζα που μετατρέπεται σε βαρυτικά κύματα θα είναι απίστευτη.
Προς το παρόν, ανιχνευτές όπως το LIGO και το Virgo δεν είναι σε θέση να ανιχνεύσουν τα κύματα βαρύτητας που δημιουργούνται από τα ζευγάρια Supermassive Black Hole. Αυτό το έργο γίνεται από πίνακες όπως το Παρατηρητήριο Nanohertz της Βόρειας Αμερικής για τα βαρυτικά κύματα (NANOGrav), το οποίο βασίζεται σε pulsars χιλιοστών του δευτερολέπτου υψηλής ακρίβειας για τη μέτρηση της επίδρασης των βαρυτικών κυμάτων στον χωροχρόνο.
Η προτεινόμενη Laser Interferometer Space Antenna (LISA), η οποία θα είναι ο πρώτος αποκλειστικός διαστημικός ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων, αναμένεται επίσης να βοηθήσει στην αναζήτηση. Εν τω μεταξύ, η έρευνα για τα βαρυτικά κύματα έχει ήδη ωφεληθεί πάρα πολύ από συνεργατικές προσπάθειες όπως αυτή που υπάρχει μεταξύ του Advanced LIGO και του Advanced Virgo.
Στο μέλλον, οι επιστήμονες προβλέπουν επίσης ότι θα είναι σε θέση να μελετήσουν τους εσωτερικούς χώρους των σουπερνοβών μέσω της έρευνας βαρυτικών κυμάτων. Αυτό είναι πιθανό να αποκαλύψει πολλά για τους μηχανισμούς πίσω από το σχηματισμό μαύρων οπών. Μεταξύ όλων αυτών των συνεχιζόμενων προσπαθειών και των μελλοντικών εξελίξεων, μπορούμε να περιμένουμε να "ακούσουμε" πολύ περισσότερα από το Σύμπαν και τις πιο ισχυρές δυνάμεις που εργάζονται μέσα σε αυτό.
Φροντίστε να ρίξετε μια ματιά σε αυτό το κινούμενο σχέδιο που δείχνει πώς θα είναι η ενδεχόμενη συγχώνευση δύο από αυτά τα ζεύγη μαύρων οπών, ευγενική προσφορά του Παρατηρητηρίου Ακτίνων Χ Chandra:
