Astronomové spatřili tři superhmotné černé díry (SMBH) ve středu tří srážejících se galaxií, vzdálených miliardu světelných let od Země. To je důkaz, že všechny tři jsou také aktivními galaktickými jádry (AGN,), které pohlcují materiál a jasně hoří.
Tento objev může vrhnout nějaké světlo na „finální parsec problém“, dlouhodobý problém v astrofyzice a fúzích černých děr.
Astronomové našli tři SMBH v datech z více dalekohledů, včetně Sloan Digital Sky Survey (SDSS), rentgenové observatoře Chandra a průzkumníka infračerveného průzkumu širokého pole (WISE.). Tři černé díry jsou zabaleny v téměř téměř nepředstavitelně epická událost; sloučení tří galaxií. Tato tripletová fúze mohou hrát rozhodující roli v tom, jak se nejmasivnější černé díry v průběhu času rozrůstají.
"Toto je nejsilnější důkaz, jaký byl dosud nalezen pro takový trojitý systém aktivního krmení supermasivních černých děr."
Ryan Pfeifle, Univerzita George Masona, hlavní autor.
Astronomové, kteří zjistili, že neočekávají, že najdou tři černé díry ve středu sloučení trojitých galaxií.
"V té době jsme hledali pouze páry černých děr, a přesto jsme pomocí naší techniky výběru narazili na tento úžasný systém," řekl Ryan Pfeifle z Univerzity George Masona ve Fairfaxu ve Virginii, první autor nového článku v Astrofyzikální deník popisující tyto výsledky. "Toto je nejsilnější důkaz, jaký byl dosud nalezen pro takový trojitý systém aktivního krmení supermasivních černých děr."
Systémy trojitých černých děr je obtížné najít, protože v jejich sousedství se toho tolik děje. Jsou zahaleni plynem a prachem, což je náročné vidět. V této studii trvalo několik dalekohledů pracujících v různých částech elektromagnetického spektra, aby odhalily tři díry. Vzala také práci některých občanských vědců.
Nejsou jen těžko vidět, ale vzácné. „Dvojité a trojité černé díry jsou mimořádně vzácné,“ řekla spoluautorka Shobita Satyapal, také George Masona, „ale takové systémy jsou ve skutečnosti přirozeným důsledkem fúzí galaxií, o nichž si myslíme, že galaxie rostou a vyvíjejí se.“
SDSS byla první, kdo spatřila toto trojité sloučení ve viditelném světle, ale bylo to pouze prostřednictvím projektu Galaxy Zoo, občanského vědeckého projektu, který byl identifikován jako systém kolizí galaxií. Poté WISE viděl, že systém zářil infračerveným světlem, což naznačuje, že byl ve fázi sloučení galaxií, když se očekávalo, že se bude napájet více než jedna z černých děr.
Údaje ze Sloana a WISE však byly pouhým vodítkem a astronomové se obrátili na observatoř Chandra a velký binokulární dalekohled (LBT), aby získali další potvrzení. Pozorování Chandry ukázala, že ve středu každé galaxie jsou jasné zdroje rentgenového záření. Přesně tam vědci očekávají, že najdou SMBH.
Další důkaz prokazující, že tam byly SMBH z Chandry a družice NASA Nuclear Spectroscope Telescope Array (NuSTAR). V blízkosti jedné z černých děr našli důkaz velkého množství plynu a prachu. To se očekává, když se černé díry slučují. Jiná data optického světla z SDSS a LBT poskytla spektrální důkaz, který je charakteristický pro napájení tří SMBH.
"Optická spektra obsahují velké množství informací o galaxii," řekla spoluautorka Christina Manzano-King z University of California v Riverside. "Obvykle se používají k identifikaci aktivního narůstání supermasivních černých děr a mohou odrážet dopad, který mají na galaxie, které obývají."
S touto prací tým astronomů vyvinul způsob, jak najít více těchto trojitých systémů černé díry. „Pomocí těchto hlavních observatoří jsme identifikovali nový způsob identifikace trojitých supermasivních černých děr. Každý dalekohled nám dává ponětí o tom, co se v těchto systémech děje, “řekl Pfeifle. "Doufáme, že se naše práce rozšíří o další trojice pomocí stejné techniky."
Možná také objasnili konečný problém s parsecem.
The Final Parsec Problem
Poslední parsec problém je pro naše pochopení binárních fúzí černé díry ústřední. Je to teoretický problém, který říká, že když se dvě černé díry přiblíží k sobě, jejich nadměrná orbitální energie jim zabrání v sloučení. Mohou se dostat za pár světelných let, poté se proces sloučení zastaví.
Když se dvě černé díry zpočátku přibližují k sobě, jejich hyperbolické trajektorie je nesou přímo za sebou. Postupem času, když tyto dvě díry interagují s hvězdami v jejich blízkosti, gravitačně prakují hvězdy a pokaždé, když to dělají, přenášejí část své orbitální energie na hvězdu. Emise gravitačních vln také snižuje energii černých děr.
Nakonec se dvě černé díry zbavily dost orbitální energie, aby se zpomalily a přibližovaly se k sobě těsněji, a dostaly se do několika parsek od sebe. Problém je, jak se přibližují vzdálenosti, čím dál více hmoty je vytlačováno z jejich okolí pomocí praku. To znamená, že již není třeba, aby černé díry interagovaly s více orbitální energií. V tomto okamžiku se proces sloučení zastaví. Nebo by mělo.
Přesto astrofyzici vědí, že černé díry se slučují, protože byly svědky mocných gravitačních vln. Ve skutečnosti LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) objevuje fúzi černých děr přibližně jednou týdně. To, jak se na konci slučují, se nazývá poslední parsec problém.
Tým za touto studií si myslí, že by mohli mít odpověď. Myslí si, že třetí černá díra, jak již pozorovali v tomto systému, by mohla poskytnout podporu potřebnou k tomu, aby se dvě díry sloučily. Když se pár černých děr v trinárním systému přibližuje, třetí díra by je mohla ovlivnit, aby zavřely poslední parsec a sloučily se.
Podle počítačových simulací bude asi 16% dvojic superhmotných černých děr v kolizních galaxiích interagovat s třetí supermasivní černou dírou, než se sloučí. Tato fúze by vedla k gravitačním vlnám, ale problém je v tom, že by tyto vlny byly příliš nízkofrekvenční, než aby je bylo možné detekovat LIGO nebo observatoř VIRGO.
K jejich odhalení se vědci možná budou muset spolehnout na budoucí observatoře, jako je LISA, laserová interferometrická kosmická anténa ESA / NASA. LISA bude pozorovat gravitační vlny s nižší frekvencí než LIGO nebo VIRGO a je lépe vybavena k nalezení supermasivních černých děr.
Příspěvek představující tyto výsledky je nazván „Trojitá AGN ve střední infračervené vybrané galaxii fúzí s pozdní fází.“
Více:
- Tisková zpráva: Nalezeno: Tři černé díry na kolizním kurzu
- Výzkumný článek: Triple AGN ve středně infračervené vybrané galaxii s opožděnou fází
- Wikipedia: Final Parsec Problem
- LISA: Laserová interferometrová kosmická anténa
