Tähtitieteilijät ovat vuosikymmenien ajan tietäneet, että supermassiiviset mustat reiät (SMBH) sijaitsevat massiivisimpien galaksien keskellä. Nämä mustat aukot, jotka vaihtelevat sadoista tuhansista miljardiin aurinkomassoihin, vaikuttavat voimakkaasti ympäröivään aineeseen ja niiden uskotaan olevan aktiivisen galaktisen ytimen (AGN) syy. Niin kauan kuin tähtitieteilijät ovat tietäneet heistä, he ovat yrittäneet ymmärtää, miten SMBH: t muodostuvat ja kehittyvät.
Kahdessa äskettäin julkaistussa tutkimuksessa kaksi kansainvälistä tutkijaryhmää raportoi viiden hiljattain löydetyn mustan reikäparin löytämisestä kaukaisten galaksien keskuksiin. Tämä löytö voisi auttaa tähtitieteilijöitä valaisemaan uutta valoa siihen, kuinka SMBH: t muodostuvat ja kasvaa ajan myötä, puhumattakaan siitä, kuinka mustien aukkojen sulautumiset tuottavat voimakkaimmat painovoima-aallot maailmankaikkeudessa.
Ensimmäiset neljä mustan aukon ehdokasta ilmoitettiin tutkimuksessa, jonka otsikko oli ”Buried AGNs Advanced Mergers: Mid-Infrared Color Selection Dual AGN Finder” - tutkimusta, jota johti George Mason -yliopiston astrofysiikan professori Shobita Satyapal. Tämä tutkimus hyväksyttiin julkaistavaksi vuonna 2006 The Astrophysical Journal ja ilmestyi äskettäin verkossa.
Toista tutkimusta, joka raportoi viidennestä kahden mustan aukon ehdokkaasta, johti Sarah Ellison - Victorian yliopiston astrofysiikan professori. Se julkaistiin äskettäin Kuukausittaiset ilmoitukset Royal Astronomical Society -tapahtumasta otsikolla ”Kaksi aktiivisen galaktisen ytimen löytäminen ~ 8 kpc: n erotuksella”. Näiden viiden mustia reikäparin löytäminen oli erittäin onnistunut, kun otetaan huomioon, että parit ovat erittäin harvinainen löytö.
Kuten Shobita Satyapal selitti Chandran lehdistötiedotteessa:
“Astronomit löytävät yksittäisiä supermassiivisia mustia reikiä kaikkialta maailmankaikkeudesta. Mutta vaikka olemme ennustaneet, että ne kasvavat nopeasti vuorovaikutuksessa, kaksinkertaisten supermassiivisten mustien reikien kasvamista on ollut vaikea löytää.“
Mustareikäparit löydettiin yhdistämällä useiden erilaisten maa- ja avaruuspohjaisten instrumenttien tiedot. Tämä sisälsi optiset tiedot Sloan Digital Sky Survey (SDSS): ltä ja maanpäällisestä suuresta binokulaarisesta teleskoopista (LBT) Arizonassa sekä läheisen infrapunadatan WISE: n laajakenttäisestä infrapunakartoituksesta ja NASA: n Chandran röntgenkuvat. Röntgen observatorio.
Satyapal, Ellison ja heidän ryhmänsä yrittivät tutkimuksensa vuoksi havaita kaksois-AGN: ien, joiden uskotaan olevan galaktisten fuusioiden seurausta. He aloittivat tutkimalla SDSS: n optista dataa galaksien tunnistamiseksi, jotka näyttivät olevan sulautumisprosessissa. Täysitaivaan WISE-tutkimuksen tietoja käytettiin sitten niiden galaksien tunnistamiseen, joilla oli tehokkaimmat AGN: t.
Sitten he tutkivat Chandran Advanced CCD Imaging Spektrometri (ACIS) ja LBT: n tietoja tunnistaakseen seitsemän galaksia, jotka näyttivät olevan fuusion edistyneessä vaiheessa. Ellisonin johtamassa tutkimuksessa luotettiin myös Apache Point Observatory (MaNGA) -tutkimuksen Mapping Near Galaxies Mapping -tutkimuksen antamaan optiseen tietoon yhden uuden mustareikäparin määrittämiseksi.
Yhdistetyistä tiedoista he havaitsivat, että viidessä seitsemästä yhdistyvästä galaksista isännöi mahdollisia kaksois-AGN: itä, jotka erotettiin alle 10 kiloparsekilla (yli 30 000 valovuotta). Tämä ilmeni WISE: n toimittamasta infrapunadatasta, joka vastasi nopeasti kasvavien supermassiivisten mustien reikien ennustetta.
Lisäksi Chandran tiedot osoittivat läheisesti toisistaan erottuvia röntgenlähteiden pareja, mikä on myös yhdenmukaista mustien reikien kanssa, joiden aine on hitaasti akrytoitumassa niihin. Tämä infrapuna- ja röntgendata viittasi myös siihen, että supermassiiviset mustat aukot on haudattu suuriin määriin pölyä ja kaasua. Kuten Ellison totesi, nämä havainnot olivat seurausta ahkerasta työstä, joka koostui lajittelusta useiden aallonpituuksien läpi:
”Työmme osoittaa, että yhdistämällä infrapunavalinta röntgenseurantaan on erittäin tehokas tapa löytää nämä mustia reikäparit. Röntgen- ja infrapunasäteily kykenevät tunkeutumaan hämärtyviin kaasu- ja pölypilviin, jotka ympäröivät näitä mustia reikäparia, ja Chandran terävä visio tarvitaan niiden erottamiseksi ”.
Ennen tätä tutkimusta alle kymmenen paria kasvavia mustia reikiä oli vahvistettu röntgen tutkimuksiin perustuen, ja nämä tapahtuivat pääosin sattumalta. Tämä viimeisin työ, joka havaitsi viisi mustareikäparia yhdistetyn datan avulla, oli siksi sekä onnellista että merkittävää. Sen lisäksi, että tuetaan hypoteesia, jonka mukaan supermassiiviset mustat aukot muodostuvat pienempien mustien reikien sulautumisen myötä, näillä tutkimuksilla on myös vakavia vaikutuksia painovoima-aaltojen tutkimukseen.
"On tärkeää ymmärtää, kuinka yleiset supermassiiviset mustien reikien parit ovat, jotta voitaisiin ennustaa signaaleja gravitaatiotaallon observatorioille", Satyapa sanoi. ”Koska kokeilut ovat jo valmiina ja tulevat kokeilevat verkkoa, tämä on jännittävä aika tutkia mustien reikien sulautumista. Olemme tutkia maailmankaikkeutta uuden aikakauden alkuvaiheissa. ”
Vuodesta 2016 lähtien laitteet, kuten Laserinterferometrin gravitaatioaalto-observatorio (LIGO) ja VIRGO-observatorio, ovat havainneet kaikkiaan neljä gravitaatioaaltojen tapausta. Nämä havainnot olivat kuitenkin seurausta mustien reikien sulautumisista, joissa kaikki mustat aukot olivat pienempiä ja vähemmän massiivisia - kahdeksan ja 36 aurinkomassan välillä.
Toisaalta supermassiiviset mustat reiät ovat paljon massiivisempia ja tuottavat todennäköisesti paljon suuremman painovoima-aallon allekirjoituksen, kun ne jatkavat vetäytymistään toisiinsa. Ja muutaman sadan miljoonan vuoden kuluttua, kun nämä parit lopulta sulautuvat, syntyvä massan tuottama energia muunnetaan painovoima-aaltoiksi on uskomatonta.
Tällä hetkellä ilmaisimet, kuten LIGO ja Neitsyt, eivät pysty havaitsemaan Supermassive Black Hole -parien luomia gravitaatioaaltoja. Tätä työtä tekevät matriisit, kuten Pohjois-Amerikan Nanohertzin gravitaatioaaltojen observatorio (NANOGrav), joka luottaa korkean tarkkuuden millisekunnin pulssereihin mittaamaan painovoima-aaltojen vaikutusta avaruus-aikaan.
Ehdotetun laserinterferometrian avaruusantennin (LISA), joka on ensimmäinen erillinen avaruuspohjainen gravitaatioaaltoilmaisin, odotetaan myös auttavan haussa. Sillä välin gravitaatioaaltotutkimus on jo hyödyntänyt huomattavasti yhteistyön ponnisteluja, kuten Advanced LIGO: n ja Advanced Virgo -yhtiön välillä.
Jatkossa tutkijat odottavat myös pystyvänsä tutkimaan supernovien sisätiloja gravitaatioaaltotutkimuksen avulla. Tämä paljastaa todennäköisesti paljon mustien aukkojen muodostumisen takana olevista mekanismeista. Kaikkien näiden käynnissä olevien ponnistelujen ja tulevan kehityksen välillä voimme odottaa ”kuulevan” paljon enemmän maailmankaikkeutta ja sen sisällä työskenteleviä tehokkaimpia voimia.
Varmista, että tutustu tähän animaatioon, joka näyttää kuinka näistä kahdesta näistä mustia reikäpareista tapahtuu yhdistyminen Chandran röntgen observatorion luvalla:
