Астрономи виявили три надмасивні чорні діри (SMBH) у центрі трьох галактик, що стикаються в мільярді світлових років від Землі. Це є свідченням того, що всі троє також є активними галактичними ядрами (AGN,), збиваючи матеріал і яскраво спалахуючи.
Це відкриття може пролити деяке світло на "остаточну проблему парсека", давню проблему астрофізики та злиття чорних дір.
Астрономи знайшли три SMBH в даних з багатьох телескопів, включаючи опитування цифрового неба Sloan (SDSS), рентгенівську обсерваторію Чандри та інфрачервоний оглядач широкого поля (WISE.) Три чорні діри загорнуті в майже немислимо епічна подія; злиття трьох галактик. Ці триплетні злиття можуть відігравати вирішальну роль у тому, як виростають найбільш масивні чорні діри з часом.
"Це найсильніші докази, знайдені для такої потрійної системи активного живлення надмасивних чорних дір".
Райан Пфайфл, Університет Джорджа Мейсона, провідний автор.
Астрономи, які виявили це, не сподівалися знайти три чорних діри в центрі злиття потрійних галактик.
"Ми шукали лише пари чорних дір у той час, і все ж завдяки нашій техніці відбору ми натрапили на цю дивовижну систему", - сказав Райан Пфайфл з Університету Джорджа Мейсона у Ферфакс, штат Вірджинія, перший автор нової статті в Астрофізичний журнал, що описує ці результати. "Це найсильніші докази, знайдені для такої потрійної системи активного живлення надмасивних чорних дір".
Системи потрійних чорних дір важко помітити, оскільки в їхньому районі так багато відбувається. Вони оповиті газом і пилом, що робить їх складним. У цьому дослідженні було потрібно декілька телескопів, що працюють в різних частинах електромагнітного спектру, щоб розкрити три отвори. Це також зайняло роботи деяких вчених-громадян.
Їх не тільки важко помітити, але й рідко. "Подвійні і потрійні чорні діри надзвичайно рідкісні", - сказала співавтор Шобіта Сатьяпал, також Джордж Мейсон, "але такі системи насправді є природним наслідком злиття галактик, які, як ми думаємо, є те, як галактики ростуть і розвиваються".
SDSS був першим, хто помітив це потрійне злиття у видимому світлі, але лише через Galaxy Zoo, проект науково-дослідницької діяльності, було визначено як систему галактик, що стикаються. Тоді WISE побачив, що система світиться в інфрачервоному просторі, що свідчить про те, що вона перебуває у фазі злиття галактики, коли очікується, що живиться більше однієї з чорних дір.
Дані Слоана та WISE були лише заплутаними підказками, і астрономи звернулися до Обсерваторії Чандра та Великого бінокулярного телескопа (LBT) для більш підтвердження. Спостереження Чандри показали, що в центрі кожної галактики були яскраві джерела рентгенівських променів. Саме там вчені розраховують знайти SMBH.
Більше доказів, що свідчать про те, що туди прибули SMBH із Чандри та супутника ядерного спектроскопічного телескопа (NuSTAR) НАСА. Вони знайшли докази великої кількості газу та пилу біля однієї з чорних дір. Це очікується, коли чорні діри зливаються. Інші дані оптичного світла від SDSS та LBT надали спектральні докази, характерні для трьох подач SMBH.
"Оптичні спектри містять велику кількість інформації про галактику", - сказала співавтор Крістіна Манцано, король Каліфорнійського університету, Ріверсайд. "Вони зазвичай використовуються для виявлення активно накопичених надмасивних чорних дір і можуть відображати вплив, який вони мають на галактики, які вони населяють".
Завдяки цій роботі команда астрономів розробила спосіб знайти більше цих потрійних систем чорної діри. «За допомогою цих основних обсерваторій ми визначили новий спосіб ідентифікації потрійних надмасивних чорних дір. Кожен телескоп дає нам іншу думку про те, що відбувається в цих системах ", - сказав Пфайфл. "Ми сподіваємось розширити нашу роботу, щоб знайти більше трійки, використовуючи ту саму техніку".
Можливо, вони також пролили трохи світла на остаточну проблему парсеку.
Остаточна проблема Парсека
Остаточна проблема парсеку є центральною у нашому розумінні бінарних злиттів чорної діри. Це теоретична проблема, яка говорить про те, що, коли дві чорні діри наближаються одна до одної, їх надмірна орбітальна енергія не дозволяє їм зливатися. Вони можуть дістатися протягом декількох світлових років, тоді процес злиття зупиняється.
Коли дві чорні діри спочатку наближаються одна до одної, їх гіперболічні траєкторії проводять їх прямо повз одну. З плином часу, коли дві діри взаємодіють із зірками, що знаходяться в їх околицях, вони гравітаційно растругують зірки, передаючи частину своєї орбітальної енергії зірці кожного разу, коли вони це роблять. Випромінювання гравітаційних хвиль також зменшує енергію чорних дір.
Врешті-решт дві чорні діри проливають достатньо орбітальної енергії, щоб сповільнитись і наблизитися один до одного ближче, і досягти всього лише декількох парсесів. Проблема полягає в тому, що, коли вони закривають відстань, все більше і більше матерій викидається з їхньої околиці за допомогою стрільби. Це означає, що чорні діри більше не взаємодіють і проливають більше орбітальної енергії. У цей момент процес злиття зупиняється. Або слід.
Але астрофізики знають, що чорні діри зливаються, оскільки вони були свідками потужних гравітаційних хвиль. Насправді LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) виявляє злиття чорної діри приблизно один раз на тиждень. Як вони зливаються між собою в кінці, називається остаточною проблемою парсека.
Команда, яка стоїть за цим дослідженням, вважає, що вони можуть мати відповідь. Вони думають, що третя чорна діра, як вони спостерігали в цій системі, може дати імпульс, необхідний для злиття двох дірок. Коли пара чорних дір у тринарійній системі наближається одна до одної, третя дірка може впливати на них, щоб закрити остаточний парсек і злитися.
Згідно з комп’ютерними моделюваннями, близько 16% пар надмасивних чорних дір у галактиках, що стикаються, матимуть взаємодію з третьою надмасивною чорною дірою до їх злиття. Ці злиття створювали б гравітаційні хвилі, але проблема полягає в тому, що ці хвилі були б занадто низькочастотними для виявлення LIGO або обсерваторії VIRGO.
Щоб виявити їх, вченим, можливо, доведеться покластися на майбутні обсерваторії, такі як космічна антена LISA, ESA / NASA, космічна антена. LISA буде спостерігати гравітаційні хвилі нижчої частоти, ніж LIGO або VIRGO, і краще обладнаний для пошуку надмасивних чорних дір.
Документ, що представляє ці результати, має назву "Потрійний AGN у середині інфрачервоного вибраного пізнього етапу злиття галактики".
Більше:
- Прес-реліз: Знайдено: Три чорні діри на колізійному ході
- Дослідницький документ: Потрійний AGN у середньому інфрачервоному виділеному галактичному злитті пізнього етапу
- Вікіпедія: остаточна проблема Парсека
- LISA: Космічна антена для лазерного інтерферометра
