Намерено: 3 черни дупки поради сблъсък

Астрономите, работещи с данни от космическата рентгенова обсерватория Чандра, заявиха тази седмица (25 септември 2019 г.), че са открили три свръхмасивни черни дупки на курс на сблъсък. Системата, в която се случва това тройно сливане на черна дупка, се нарича SDSS J0849 + 1114. Намира се на около милиард светлинни години от Земята. Телескопи на земята и в космоса - включително Чандра, Хъбъл, WISE и NuSTAR - капитулираха сцената, която учените наричат:

... най-доброто доказателство за трио гигантски черни дупки.

Така че досега не сме виждали много такива системи. И все пак, смятат астрономите, триплетните сблъсъци като този играят решаваща роля за това как най-големите черни дупки растат във времето. Райън Пфайфъл от университета Джордж Мейсън от Феърфакс, Вирджиния е първи автор на нова книга в рецензирания астрофизичен журнал, която описва тези резултати (предпечат тук). Той каза:

Тогава търсехме само двойки черни дупки и въпреки това, чрез нашата селекционна техника, се натъкнахме на тази невероятна система. Това е най-силното доказателство, открито досега за такава тройна система за активно хранене на свръхмасивни черни дупки.

Тези изявления на учените описват процеса им:

За да разкрият тази рядка трифекта от черни дупки, е необходимо изследователите да комбинират данни от телескопи както на земята, така и в космоса. Първо, телескопът Sloan Digital Sky Survey, който сканира големи откоси на небето в оптична светлина от Ню Мексико, направи SDSS J0849 + 1114. С помощта на граждански учени, участващи в проект, наречен Galaxy Zoo, той беше маркиран като система от сблъскващи се галактики.

Тогава данните от мисията на НАСА за широкоефектно инфрачервено проучване (WISE) разкриха, че системата свети интензивно в инфрачервена светлина по време на фаза в сливането на галактиката, когато се очаква повече от една от черните дупки да се захранва бързо. За да последват тези улики, астрономите се обърнаха към Чандра и Големия бинокуларен телескоп в Аризона.

Данните от Чандра разкриват рентгенови източници - знаков признак на материал, който се консумира от черните дупки - в светлите центрове на всяка галактика в сливането, точно там, където учените очакват да пребивават свръхмасивни черни дупки. Чандра и ядреният спектроскопски масив на НАСА (NuSTAR) също откриха доказателства за големи количества газ и прах около една от черните дупки, типични за сливаща се система от черни дупки.

Съавторът Кристина Манцано, Кинг от Калифорнийския университет, Ривърсайд каза:

Оптичните спектри съдържат богата информация за галактика. Те обикновено се използват за идентифициране на активно натрупващи се свръхмасивни черни дупки и могат да отразят влиянието, което оказват върху галактиките, които обитават.

Тези астрономи казаха, че една от причините, поради които е трудно да се намери тройка свръхмасивни черни дупки, е, че дупките вероятно ще бъдат завити в газ и прах, блокиращи голяма част от светлината им. Те казаха, че инфрачервените изображения от WISE, инфрачервените спектри от LBT и рентгеновите изображения от Чандра заобикалят този проблем, тъй като инфрачервената и рентгеновата светлина пробиват облаци от газ много по-лесно от оптичната светлина. Pfeifle обясни:

Чрез използването на тези основни обсерватории открихме нов начин за идентифициране на тройни свръхмасивни черни дупки. Всеки телескоп ни дава различна представа за случващото се в тези системи. Надяваме се да разширим работата си, за да намерим повече тройки, използвайки същата техника.

Друг съавтор на новата хартия, Шобита Сатяпал, също от Джордж Мейсън, обясни защо тази система е вълнуваща за учените:

Двойните и тройните черни дупки са изключително редки, но такива системи всъщност са естествено следствие от сливането на галактиките, което според нас е как галактиките растат и се развиват.

Както може би очаквате, казаха тези учени, три свръхмасивни черни дупки, които се сливат, се държат по различен начин, отколкото просто двойка:

Когато взаимодействат три такива черни дупки, двойка трябва да се слее в по-голяма черна дупка много по-бързо, отколкото ако двете бяха сами. Това може да е решение на теоретична главоблъсканица, наречена "окончателен проблем с парсек", в която две свръхмасивни черни дупки могат да се приближат до няколко светлинни години една от друга, но ще се нуждаят от допълнително издърпване навътре, за да се слеят поради излишната енергия те носят в орбитите си. Влиянието на трета черна дупка, както в SDSS J0849 + 1114, най-накрая може да ги обедини.

Компютърните симулации показаха, че 16% от двойки свръхмасивни черни дупки в сблъскващи се галактики ще са взаимодействали с трета свръхмасивна черна дупка, преди да се слеят. Такива сливания ще произведат пулсации през пространствено време, наречени гравитационни вълни. Тези вълни ще имат по-ниски честоти, отколкото Националната научна фондация може да открие гравитационно-вълновата обсерватория (LIGO) и европейския гравитационен вълнен детектор. Те обаче могат да бъдат открити с радио наблюдения на пулсари, както и с бъдещи космически обсерватории, като например Европейската космическа агенция на космическа антена (LISA) на Европейската космическа агенция, която ще открива черни дупки до един милион слънчеви маси.

Долен ред: Астрономите са открили система от 3 галактики - наречена SDSS J0849 + 1114 - всички орбитират един друг на милиард светлинни години от Земята. Всяка галактика съдържа a супермасивна черна дупка, които се кръжат една в друга, около да се сблъскат.

Виа Чандра