Tähtitieteilijät ovat huomanneet kolme supermassiivista mustaa reikää (SMBH) kolmen törmäävän galaksin keskipisteeseen miljardin valovuoden päässä maasta. Tämä on todiste siitä, että kaikki kolme ovat myös aktiivisia galaktisia ytimiä (AGN), jotka syövät materiaalia ja polttavat kirkkaasti.
Tämä löytö saattaa antaa jonkin verran valoa "lopulliseen jäsentämisongelmaan", joka on pitkään ollut astrofysiikan ja mustan aukon sulautumisten aihe.
Tähtitieteilijät löysivät kolme SMBH: ta useiden kaukoputkien tiedoista, mukaan lukien Sloan Digital Sky Survey (SDSS), Chandra-röntgen observatorio ja laajakentän infrapuna-Survey Explorer (WISE). käsittämättömästi eeppinen tapahtuma; kolmen galaksin sulautuminen. Näillä kolminkertaisilla fuusioilla voi olla kriittinen rooli suurimpien mustien reikien kasvussa ajan myötä.
"Tämä on vahvin todiste tällaiselle kolmenkertaiselle järjestelmälle, jolla syötetään aktiivisesti supermassiivisia mustia reikiä."
Ryan Pfeifle, George Mason University, johtava kirjailija.
Tähtitieteilijät, jotka löysivät sen, eivät odottaneet löytävänsä kolme mustaa reikää kolmois-galaksiyhdistyksen keskelle.
"Etsimme tuolloin vain paria mustia reikiä, ja silti kompasimme valintatekniikkamme kautta tähän hämmästyttävään järjestelmään", sanoi Ryan Pfeifle George Masonin yliopistosta Fairfaxista, Virginia, joka on uuden kirjoittajan ensimmäinen kirja Astrophysical Journal kuvaa näitä tuloksia. "Tämä on vahvin todiste tällaiselle kolmenkertaiselle järjestelmälle, jolla syötetään aktiivisesti supermassiivisia mustia reikiä."
Kolminkertaisia mustia reikiä on vaikea havaita, koska niiden naapurustossa tapahtuu niin paljon. Ne on peitetty kaasusta ja pölystä, minkä vuoksi se on haastava nähdä. Tässä tutkimuksessa kolmen reiän paljastamiseksi kesti useita teleskooppeja, jotka toimivat sähkömagneettisen spektrin eri osissa. Se vaati myös joidenkin kansalaistutkijoiden työtä.
Niitä ei ole vain vaikea havaita, vaan myös harvinaisia. "Kaksinkertaiset ja kolminkertaiset mustat aukot ovat erittäin harvinaisia", sanoi myös kirjoittaja Shobita Satyapal, myös George Mason. "Mutta sellaiset järjestelmät ovat itse asiassa luonnollisia seurauksia galaksien sulautumisista, joiden mielestä galaksit kasvavat ja kehittyvät."
SDSS havaitsi ensimmäisenä tämän kolminkertaisen sulautumisen näkyvässä valossa, mutta vasta Galaxy Zoo, kansalaistutkimusprojekti, tunnisti sen törmättävien galaksien järjestelmään. Sitten WISE näki järjestelmän hehkuvan infrapunassa osoittaen, että se oli galaksien sulautumisen vaiheessa, kun useamman kuin yhden mustista reikistä odotettiin syövän.
Sloan- ja WISE-tiedot olivat kuitenkin vain houkuttelevia vihjeitä, ja tähtitieteilijät kääntyivät Chandran observatorion ja suuren binokulaariteleskoopin (LBT) puoleen saadakseen lisää vahvistusta. Chandran havainnot osoittivat, että jokaisen galaksin keskustassa oli kirkkaita röntgenlähteitä. Juuri juuri siellä tutkijat odottavat löytävänsä SMBH: t.
Lisää todisteita siitä, että SMBH: ita oli siellä, saapui Chandralta ja NASA: n ydinspektroskopisesta teleskooppijärjestelmästä (NuSTAR). He löysivät todisteita suurista määristä kaasua ja pölyä yhden mustan aukon lähellä. Sitä odotetaan mustien reikien sulautuessa. Muut SDSS: n ja LBT: n optisen valon tiedot tarjosivat spektrin todisteita, jotka ovat ominaisia kolmelle SMBH: n syötölle.
"Optiset spektrit sisältävät runsaasti tietoa galaksista", sanoi kirjoittaja Christina Manzano-Kalifornian yliopiston Riverside-kuningas. "Niitä käytetään yleisesti tunnistamaan aktiivisesti akrytoivia supermassiivisia mustia aukkoja ja ne voivat heijastaa niiden vaikutusta asuttamiin galakseihin."
Tämän työn avulla tähtitieteilijöiden ryhmä on kehittänyt tavan löytää lisää näistä kolminkertaisista mustan aukon järjestelmistä. ”Näiden suurten observatorioiden avulla olemme löytäneet uuden tavan tunnistaa kolminkertaiset supermassiiviset mustat aukot. Jokainen kaukoputki antaa meille erilaisen käsityksen siitä, mitä näissä järjestelmissä tapahtuu ”, Pfeifle sanoi. "Toivomme laajentavan työtä löytääksemme enemmän kolmoisia käyttämällä samaa tekniikkaa."
He ovat saattaneet myös kertoa jonkin verran lopullisesta jäsentämisongelmasta.
Viimeinen jäsentämisongelma
Viimeinen jäsentävä ongelma on keskeinen tekijä ymmärryksessämme binaaristen mustien aukkojen fuusioista. Se on teoreettinen ongelma, joka sanoo, kun kaksi mustaa reikää lähestyvät toisiaan, niiden liiallinen kiertoradan energia estää niitä sulautumasta. He voivat päästä muutaman valovuoden sisällä, sitten sulautumisprosessi pysähtyy.
Kun kaksi mustaa reikää lähestyvät aluksi toisiaan, niiden hyperboliset reitit kuljettavat ne oikealle toistensa ohi. Ajan myötä, kun nämä kaksi reikää ovat vuorovaikutuksessa lähellä sijaitsevien tähtien kanssa, ne ampuivat tähtiä painovoimalla, siirtäen osan kiertoradansa energiasta tähdelle joka kerta kun he tekevät sitä. Painovoima-aaltojen säteily vähentää myös mustien reikien energiaa.
Lopulta kaksi mustaa reikää irtoavat tarpeeksi kiertoradan energiaa hidastaakseen ja lähestyä toisiaan lähemmin ja päästävät vain muutaman parsin väliin toisistaan. Ongelmana on, että kun ne sulkevat etäisyyden, yhä enemmän ainetta poistuu läheisyydestä hihnapyörän avulla. Tämä tarkoittaa, että ei ole enää merkitystä mustien reikien kanssa olla vuorovaikutuksessa ja heittää enemmän kiertoradan energiaa. Tässä vaiheessa sulautumisprosessi pysähtyy. Tai sen pitäisi.
Mutta astrofysiikit tietävät, että mustat aukot sulautuvat, koska he ovat todistaneet voimakkaita painovoima-aaltoja. Itse asiassa LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) havaitsee mustan aukon sulautumisen noin kerran viikossa. Sitä, kuinka ne sulautuvat keskenään lopussa, kutsutaan viimeiseksi jäsentäväksi ongelmaksi.
Tutkimuksen takana oleva tiimi ajattelee, että heillä voisi olla vastaus. He ajattelevat, että kolmas musta aukko, kuten he ovat havainneet tässä järjestelmässä, voisi tarjota vauhdin, jota tarvitaan kahden reiän yhdistämiseen. Kun pari mustia reikiä kolminaisessa järjestelmässä lähestyy toisiaan, kolmas reikä saattoi vaikuttaa niihin sulkemaan lopullisen jäsentämisen ja sulautumisen.
Tietokonesimulaatioiden mukaan noin 16% parista supermassiivisista mustista reikistä törmäävissä galakseissa on ollut vuorovaikutuksessa kolmannen supermassiivisen mustan aukon kanssa ennen niiden sulautumista. Nämä sulautumat tuottaisivat painovoima-aaltoja, mutta ongelmana on, että nuo aallot olisivat liian matalat, jotta LIGO tai VIRGO-observatorio havaitsisivat.
Niiden havaitsemiseksi tutkijoiden on ehkä luottava tulevaisuuden observatorioihin, kuten LISA, ESA / NASA: n laserinterferometriavariantenni. LISA tarkkailee alemman taajuuden painovoima-aaltoja kuin LIGO tai VIRGO, ja se on paremmin varustettu löytämään supermassiivisia mustia aukkoja sulautuvia.
Näitä tuloksia esittelevän kirjan otsikko on "Kolminkertainen AGN keski-infrapuna-valitussa myöhäisen vaiheen galaksien sulautumisessa".
Lisää:
- Lehdistötiedote: Löytyi: kolme mustaa reikää törmäyskurssilla
- Tutkimuspaperi: Kolminkertainen AGN keski-infrapunasäteilyyn valituissa myöhäisen vaiheen galaksien sulautumisessa
- Wikipedia: Viimeinen jäsentävä ongelma
- LISA: Laserinterferometriavariantenni
