Po celá desetiletí astronomové věděli, že Supermassive Black Holes (SMBHs) sídlí ve středu nejmasivnějších galaxií. Tyto černé díry, které sahají od stovek tisíc až do miliard solárních hmot, mají silný vliv na okolní hmotu a jsou považovány za příčinu aktivních galaktických jader (AGN). Dokud o nich astronomové věděli, snažili se pochopit, jak se SMBH formují a vyvíjejí.
Ve dvou nedávno publikovaných studiích dva mezinárodní týmy vědců informují o objevu pěti nově objevených dvojic černých děr v centrech vzdálených galaxií. Tento objev by mohl pomoci astronomům vrhnout nové světlo na to, jak se SMBH formují a rostou v průběhu času, nemluvě o tom, jak sloučení černé díry vytváří nejsilnější gravitační vlny ve vesmíru.
První čtyři kandidáti na duální černé díry byli hlášeni ve studii nazvané „Pohřbené AGN v pokročilých fúzích: Výběr infračerveného světla jako duální nález AGN“, který vedl Shobita Satyapal, profesor astrofyziky na George Mason University. Tato studie byla přijata k zveřejnění v roce 2007 Astrofyzikální deník a nedávno se objevil online.
Druhou studii, která uvedla pátého kandidáta na duální černou díru, vedla Sarah Ellison - profesor astrofyziky na University of Victoria. To bylo nedávno zveřejněno v Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti pod názvem „Objev duálního aktivního galaktického jádra se separací ~ 8 kpc“. Objev těchto pěti párů černých děr byl velmi náhodný, vzhledem k tomu, že páry jsou velmi vzácným nálezem.
Jak Shobita Satyapal vysvětlil v tiskovém prohlášení Chandra:
"Astronomové nacházejí jediné superhmotné černé díry po celém vesmíru." Ale i když jsme předpověděli, že při interakci rychle rostou, bylo obtížné najít rostoucí superhmotné černé díry.“
Dvojice černých děr byly objeveny kombinací dat z řady různých pozemních a kosmických přístrojů. To zahrnovalo optická data ze Sloan Digital Sky Survey (SDSS) a pozemního Velkého binokulárního dalekohledu (LBT) v Arizoně s blízkými infračervenými daty z průzkumníka Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) a rentgenovými daty z NASA Chandra X-ray Observatory.
Pro účely studií se Satyapal, Ellison a jejich příslušné týmy snažili odhalit duální AGN, které jsou považovány za důsledek galaktických fúzí. Začali konzultováním optických dat z SDSS, aby identifikovali galaxie, které se zdály být v procesu slučování. Data z průzkumu WISE pro všechny oblohy byla poté použita k identifikaci těch galaxií, které zobrazovaly nejsilnější AGN.
Poté konzultovali data z Chandra Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) a LBT a identifikovali sedm galaxií, které se zdály být v pokročilém stadiu sloučení. Studie vedená Ellisonem se také spoléhala na optická data poskytnutá průzkumem Mapping Near Galaxies at Apache Point Observatory (MaNGA), aby bylo možné určit jeden z nových párů černých děr.
Z kombinovaných dat zjistili, že pět ze sedmi fúzujících galaxií hostilo možné duální AGN, které byly odděleny méně než 10 kiloparseků (více než 30 000 světelných let). Důkazem toho byla infračervená data poskytovaná společností WISE, která byla v souladu s tím, co predikuje rychle rostoucí superhmotné černé díry.
Kromě toho data z Chandry ukázala úzce oddělené páry rentgenových zdrojů, což je také v souladu s černými dírami, na něž se na ně pomalu hromadí hmota. Tato infračervená a rentgenová data také naznačují, že supermasivní černé díry jsou pohřbeny ve velkém množství prachu a plynu. Jak Ellison naznačil, tato zjištění byla výsledkem pečlivé práce, která spočívala v třídění přes více vlnových délek dat:
„Naše práce ukazuje, že kombinace infračerveného výběru a rentgenového sledování je velmi efektivní způsob, jak najít tyto páry černých děr. Rentgenové paprsky a infračervené záření jsou schopny proniknout do zakrývajících se mraků plynu a prachu obklopujících tyto páry černých děr a pro jejich oddělení je zapotřebí ostré vidění Chandry. “
Před touto studií bylo na základě rentgenových studií potvrzeno méně než deset párů rostoucích černých děr, které byly většinou náhodné. Tato poslední práce, která pomocí kombinovaných dat odhalila pět párů černých děr, byla tedy šťastná a významná. Kromě posílení hypotézy, že z sloučení menších černých děr vznikají supermasivní černé díry, mají tyto studie také závažné důsledky pro výzkum gravitačních vln.
"Je důležité pochopit, jak běžné jsou supermasivní páry černých děr, pomáhat při předpovídání signálů pro pozorování gravitačních vln," řekl Satyapa. "S experimenty již na místě a budoucími přicházejícími online je toto vzrušující čas na zkoumání sloučení černých děr." Jsme v raných fázích nové éry zkoumání vesmíru. “
Od roku 2016 byly přístroji, jako je gravitační vlnová observatoř laserových interferometrů (LIGO) a observatoř VIRGO, detekovány celkem čtyři případy gravitačních vln. Tyto detekce však byly výsledkem fúzí černých děr, kde byly černé díry menší a méně masivní - mezi osmi a 36 solárními hmotami.
Supermassive Black Holes, na druhé straně, jsou mnohem masivnější a pravděpodobně budou produkovat mnohem větší gravitační vlnový podpis, protože se budou stále přibližovat. A za pár set miliónů let, kdy se tyto páry nakonec spojí, bude výsledná energie produkovaná hmotou přeměněná na gravitační vlny neuvěřitelná.
V současné době detektory jako LIGO a Panna nejsou schopny detekovat gravitační vlny vytvořené páry Supermassive Black Hole. Tuto práci provádějí pole jako North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav), která se spoléhá na vysoce přesné milisekundové pulsary, aby změřila vliv gravitačních vln na časoprostor.
Očekává se, že při vyhledávání pomůže také navrhovaná laserová interferometrová kosmická anténa (LISA), která bude prvním vyhrazeným kosmickým gravitačním vlnovým detektorem. Mezitím už výzkum gravitačních vln nesmírně těžil ze spolupráce, jako je ta, která existuje mezi Advanced LIGO a Advanced Virgo.
V budoucnu vědci také předpokládají, že budou moci studovat interiéry supernov pomocí výzkumu gravitačních vln. To pravděpodobně odhalí hodně o mechanismech, které stojí za tvorbou černé díry. Mezi veškerým pokračujícím úsilím a budoucím vývojem můžeme očekávat, že „vyslechneme“ mnohem více vesmíru a nejmocnějších sil, které v něm pracují.
Nezapomeňte si prohlédnout tuto animaci, která ukazuje, jak bude vypadat případné sloučení dvou z těchto černých děr, s laskavým svolením rentgenové observatoře Chandra:
