Οι αστρονόμοι έχουν εντοπίσει τρεις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες (SMBHs) στο κέντρο τριών συγκρουόμενων γαλαξιών, ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός μακριά από τη Γη. Αυτό είναι απόδειξη ότι και οι τρεις είναι επίσης ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες (AGN,) που καταβροχθίζουν το υλικό και φλέβουν έντονα.
Αυτή η ανακάλυψη μπορεί να ρίξει φως στο «τελικό πρόβλημα parsec», ένα μακροχρόνιο ζήτημα στην αστροφυσική και τις συγχωνεύσεις μαύρων οπών.
Οι αστρονόμοι βρήκαν τα τρία SMBHs σε δεδομένα από πολλά τηλεσκόπια, όπως το Sloan Digital Sky Survey (SDSS,) το Chandra X-ray Observatory και το Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE.) Οι τρεις μαύρες τρύπες είναι τυλιγμένες σε σχεδόν αδιανόητα επικό γεγονός? μια συγχώνευση τριών γαλαξιών. Αυτές οι συγχωνεύσεις τριπλού μπορεί να διαδραματίσουν κρίσιμο ρόλο στο πώς μεγαλώνουν οι πιο τεράστιες μαύρες τρύπες με την πάροδο του χρόνου.
«Αυτή είναι η ισχυρότερη απόδειξη που έχει βρεθεί ακόμη για ένα τέτοιο τριπλό σύστημα ενεργής τροφοδότησης υπερμεγέθων μαύρων τρυπών».
Ryan Pfeifle, Πανεπιστήμιο George Mason, Κύριος συγγραφέας.
Οι αστρονόμοι που το βρήκαν δεν περίμεναν να βρουν τρεις μαύρες τρύπες στο κέντρο μιας συγχώνευσης τριπλού γαλαξία.
«Ψάχναμε μόνο ζευγάρια μαύρων τρυπών τότε, αλλά όμως, μέσω της τεχνικής επιλογής μας, βρήκαμε αυτό το εκπληκτικό σύστημα», δήλωσε ο Ryan Pfeifle του Πανεπιστημίου George Mason στο Fairfax της Βιρτζίνια, ο πρώτος συγγραφέας μιας νέας εργασίας στο Η Αστροφυσική Εφημερίδα που περιγράφει αυτά τα αποτελέσματα. «Αυτή είναι η ισχυρότερη απόδειξη που έχει βρεθεί ακόμη για ένα τέτοιο τριπλό σύστημα τροφοδοσίας ενεργών μαύρων οπών.»
Είναι δύσκολο να εντοπιστούν τριπλά συστήματα μαύρων τρυπών, επειδή συμβαίνουν τόσα πολλά στη γειτονιά τους. Είναι τυλιγμένα σε αέριο και σκόνη που το καθιστά δύσκολο να το δεις. Σε αυτήν τη μελέτη, χρειάστηκαν αρκετά τηλεσκόπια που λειτουργούσαν σε διαφορετικά μέρη του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος για να αποκαλύψουν τις τρεις οπές. Πήρε επίσης το έργο ορισμένων πολιτών επιστημόνων.
Δεν είναι μόνο δύσκολο να εντοπιστούν, αλλά και σπάνια. «Οι διπλές και τριπλές μαύρες τρύπες είναι εξαιρετικά σπάνιες», δήλωσε η συν-συγγραφέας Shobita Satyapal, επίσης του George Mason, «αλλά τέτοια συστήματα είναι στην πραγματικότητα μια φυσική συνέπεια των συγχωνεύσεων των γαλαξιών, που πιστεύουμε ότι είναι πώς μεγαλώνουν και εξελίσσονται οι γαλαξίες».
Το SDSS ήταν ο πρώτος που εντόπισε αυτήν την τριπλή συγχώνευση σε ορατό φως, αλλά μόνο μέσω του Galaxy Zoo, ενός επιστημονικού έργου πολιτών, αναγνωρίστηκε ως ένα σύστημα συγκρούσεων γαλαξιών. Στη συνέχεια, το WISE είδε ότι το σύστημα λάμπει στο υπέρυθρο, υποδεικνύοντας ότι βρισκόταν σε μια φάση συγχώνευσης γαλαξιών όταν αναμένεται να τρέφονται περισσότερες από μία από τις μαύρες τρύπες.
Τα δεδομένα Sloan και WISE ήταν απλά εντυπωσιακές ενδείξεις, και οι αστρονόμοι στράφηκαν στο Παρατηρητήριο Chandra και στο Μεγάλο Διοφθαλμικό Τηλεσκόπιο (LBT) για περισσότερη επιβεβαίωση. Οι παρατηρήσεις του Chandra έδειξαν ότι υπήρχαν φωτεινές πηγές ακτίνων Χ στο κέντρο κάθε γαλαξία. Εκεί ακριβώς οι επιστήμονες αναμένουν να βρουν SMBH.
Περισσότερα στοιχεία που δείχνουν ότι οι SMBH ήταν εκεί έφτασαν από τον δορυφόρο Chandra και Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR). Βρήκαν στοιχεία για μεγάλες ποσότητες αερίου και σκόνης κοντά σε μια από τις μαύρες τρύπες. Αυτό αναμένεται όταν συγχωνεύονται οι μαύρες τρύπες. Άλλα δεδομένα οπτικού φωτός από το SDSS και το LBT παρείχαν φασματικά στοιχεία που είναι χαρακτηριστικά των τριών τροφοδοσιών SMBH.
«Τα οπτικά φάσματα περιέχουν πληθώρα πληροφοριών σχετικά με έναν γαλαξία», δήλωσε η συν-συγγραφέας Christina Manzano-King του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, Riverside. «Συνήθως χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό ενεργών συγκεντρώσεων υπερμεγέθων μαύρων τρυπών και μπορούν να αντανακλούν τον αντίκτυπο που έχουν στους γαλαξίες που κατοικούν».
Με αυτήν την εργασία, η ομάδα των αστρονόμων έχει αναπτύξει έναν τρόπο να βρει περισσότερα από αυτά τα τριπλά συστήματα μαύρων οπών. «Μέσω της χρήσης αυτών των μεγάλων παρατηρητηρίων, εντοπίσαμε έναν νέο τρόπο εντοπισμού τριπλών υπερμεγέθων μαύρων οπών. Κάθε τηλεσκόπιο μας δίνει μια διαφορετική ένδειξη για το τι συμβαίνει σε αυτά τα συστήματα », δήλωσε ο Pfeifle. "Ελπίζουμε να επεκτείνουμε τη δουλειά μας για να βρούμε περισσότερα τριπλάσια χρησιμοποιώντας την ίδια τεχνική."
Μπορεί επίσης να ρίξουν λίγο φως στο τελικό πρόβλημα parsec.
Το τελικό πρόβλημα Parsec
Το τελικό πρόβλημα parsec είναι το επίκεντρο της κατανόησης των συγχωνεύσεων δυαδικών μαύρων τρυπών. Είναι ένα θεωρητικό πρόβλημα που λέει ότι όταν δύο μαύρες τρύπες πλησιάζουν η μια την άλλη, η υπερβολική τροχιακή τους ενέργεια τους εμποδίζει να συγχωνευτούν. Μπορούν να φτάσουν μέσα σε λίγα έτη φωτός, στη συνέχεια η διαδικασία συγχώνευσης σταματά.
Όταν δύο μαύρες τρύπες πλησιάζουν αρχικά η μια την άλλη, οι υπερβολικές τροχιές τους τις μεταφέρουν ακριβώς το ένα δίπλα στο άλλο. Με την πάροδο του χρόνου, καθώς οι δύο τρύπες αλληλεπιδρούν με αστέρια στην περιοχή τους, σφεντάζουν τα αστέρια βαρυτικά, μεταφέροντας μέρος της τροχιακής τους ενέργειας σε ένα αστέρι κάθε φορά που το κάνουν. Η εκπομπή βαρυτικών κυμάτων μειώνει επίσης την ενέργεια των μαύρων οπών.
Τελικά οι δύο μαύρες τρύπες ρίχνουν αρκετή τροχιακή ενέργεια για να επιβραδυνθούν και να πλησιάσουν ο ένας τον άλλο πιο στενά, και έρχονται μέσα σε λίγα parsec μεταξύ τους. Το πρόβλημα είναι, καθώς κλείνουν την απόσταση, όλο και περισσότερη ύλη εκτοξεύεται από τη γειτονιά τους μέσω σφεντόνας. Αυτό σημαίνει ότι δεν χρειάζεται πλέον να αλληλεπιδρούν οι μαύρες τρύπες και να ρίχνουν περισσότερη τροχιακή ενέργεια. Σε αυτό το σημείο, η διαδικασία συγχώνευσης καθυστερεί. Ή θα έπρεπε.
Ωστόσο, οι αστροφυσικοί γνωρίζουν ότι οι μαύρες τρύπες συγχωνεύονται επειδή έχουν δει τα ισχυρά κύματα βαρύτητας. Στην πραγματικότητα, το LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) ανακαλύπτει μια συγχώνευση μαύρων οπών περίπου μία φορά την εβδομάδα. Το πώς συγχωνεύονται μεταξύ τους στο τέλος ονομάζεται το τελικό πρόβλημα parsec.
Η ομάδα πίσω από αυτήν τη μελέτη πιστεύει ότι μπορεί να έχουν μια απάντηση. Πιστεύουν ότι μια τρίτη μαύρη τρύπα, όπως έχουν παρατηρηθεί σε αυτό το σύστημα, θα μπορούσε να προσφέρει την ώθηση που απαιτείται για να συγχωνευθούν δύο τρύπες. Καθώς ένα ζευγάρι μαύρων τρυπών πλησιάζει το ένα σύστημα τριάδας, η τρίτη τρύπα θα μπορούσε να τις επηρεάσει να κλείσουν το τελικό parsec και να συγχωνευτούν.
Σύμφωνα με προσομοιώσεις υπολογιστών, περίπου το 16% των ζευγών υπερμεγέθων μαύρων οπών σε συγκρουόμενους γαλαξίες θα έχουν αλληλεπιδράσει με μια τρίτη υπερμεγέθη μαύρη τρύπα πριν συγχωνευθούν. Αυτές οι συγχωνεύσεις θα παρήγαγαν κύματα βαρύτητας, αλλά το πρόβλημα είναι ότι αυτά τα κύματα θα ήταν πολύ χαμηλής συχνότητας για ανίχνευση του LIGO ή του παρατηρητηρίου VIRGO.
Για την ανίχνευσή τους, οι επιστήμονες ίσως χρειαστεί να βασίζονται σε μελλοντικά παρατηρητήρια όπως η LISA, η Διαστημική Κεραία Laser Interferometer της NASA. Το LISA θα παρατηρήσει κύματα βαρύτητας χαμηλότερης συχνότητας από το LIGO ή το VIRGO και είναι καλύτερα εξοπλισμένο για εύρεση συγχωνεύσεων υπερ-τεράστιων μαύρων οπών.
Η εφημερίδα που παρουσιάζει αυτά τα αποτελέσματα έχει τον τίτλο "A Triple AGN in a Mid-Infrared Selected Late Stage Galaxy Merger."
Περισσότερο:
- Δελτίο Τύπου: Found: Three Black Holes On Collision Course
- Ερευνητικό έγγραφο: Ένα τριπλό AGN σε ένα μεσαίο υπέρυθρο επιλεγμένο γαλαξία συγχώνευσης
- Wikipedia: Τελικό πρόβλημα Parsec
- LISA: Διαστημική κεραία παρεμβολόμετρου λέιζερ
