Астрономы обнаружили три сверхмассивные черные дыры (SMBH) в центре трех сталкивающихся галактик в миллиарде световых лет от Земли. Это свидетельствует о том, что все три также являются активными ядрами галактик (AGN,), поглощающими материал и ярко вспыхивающими.
Это открытие может пролить некоторый свет на «последнюю проблему парсек», давнюю проблему в астрофизике и слияниях черных дыр.
Астрономы обнаружили три SMBH в данных от нескольких телескопов, в том числе от Sloan Digital Sky Survey (SDSS), рентгеновской обсерватории Chandra и широкоугольного инфракрасного обозревателя Survey Explorer (WISE). Три черные дыры заключены в почти невообразимо эпическое событие; слияние трех галактик. Эти триплетные слияния могут сыграть решающую роль в том, как со временем растут самые массивные черные дыры.
«Это самое убедительное доказательство, найденное для такой тройной системы активной подачи сверхмассивных черных дыр».
Райан Пфайфл, Университет Джорджа Мейсона, ведущий автор.
Астрономы, которые нашли его, не ожидали найти три черные дыры в центре слияния тройной галактики.
«В то время мы искали только пары черных дыр, и, тем не менее, благодаря нашей технике отбора мы наткнулись на эту удивительную систему», - сказал Райан Пфайфл из Университета Джорджа Мейсона в Фэрфаксе, штат Вирджиния, первый автор новой статьи в Астрофизический журнал, описывающий эти результаты. «Это самое убедительное доказательство, найденное для такой тройной системы активной подачи сверхмассивных черных дыр».
Системы тройной черной дыры трудно обнаружить, потому что в их окрестностях так много всего происходит. Они окутаны газом и пылью, что затрудняет понимание. В этом исследовании потребовалось несколько телескопов, работающих в разных частях электромагнитного спектра, чтобы раскрыть три отверстия. Это также заняло работу некоторых гражданских ученых.
Их не только трудно обнаружить, но и редко. «Двойные и тройные черные дыры чрезвычайно редки, - сказал соавтор Шобита Сатьяпал, также Джорджа Мейсона, - но такие системы на самом деле являются естественным следствием слияния галактик, которое, как мы думаем, состоит в том, как галактики растут и развиваются».
SDSS был первым, кто обнаружил это тройное слияние в видимом свете, но только благодаря Галактическому зоопарку, гражданскому научному проекту, он был идентифицирован как система сталкивающихся галактик. Затем WISE увидел, что система светится в инфракрасном диапазоне, что указывает на то, что она находится в фазе слияния галактик, когда ожидается, что будет подаваться более одной черной дыры.
Данные Слоана и WISE были просто дразнящими подсказками, и астрономы обратились к Обсерватории Чандра и Большому бинокулярному телескопу (LBT) для получения большего подтверждения. Наблюдения Чандры показали, что в центре каждой галактики были яркие источники рентгеновского излучения. Именно здесь ученые ожидают найти SMBH.
Еще больше доказательств, свидетельствующих о том, что SMBH были получены от спутника Chandra и НАСА, работающего на базе ядерно-спектроскопического телескопа (NuSTAR). Они нашли доказательства наличия большого количества газа и пыли возле одной из черных дыр. Это ожидается, когда черные дыры сливаются. Другие данные оптического света от SDSS и LBT предоставили спектральные свидетельства, которые характерны для питания трех SMBH.
«Оптические спектры содержат огромное количество информации о галактике», - сказала соавтор Кристина Мансано-Кинг из Университета Калифорнии, Риверсайд. «Они обычно используются для выявления активно нарастающих сверхмассивных черных дыр и могут отражать влияние, которое они оказывают на галактики, которые они населяют».
Благодаря этой работе команда астрономов разработала способ найти больше этих систем тройной черной дыры. «Благодаря использованию этих основных обсерваторий мы определили новый способ выявления тройных сверхмассивных черных дыр. Каждый телескоп дает нам различную информацию о том, что происходит в этих системах », - сказал Пфайфл. «Мы надеемся расширить нашу работу, чтобы найти больше троек, используя ту же технику».
Возможно, они также пролили некоторый свет на последнюю проблему парсек.
Последняя проблема Парсек
Последняя проблема парсек является центральной для нашего понимания слияния бинарных черных дыр. Это теоретическая проблема, которая гласит, что когда две черные дыры сближаются друг с другом, их чрезмерная энергия орбиты мешает им слиться. Они могут добраться до нескольких световых лет, после чего процесс слияния останавливается.
Когда две черные дыры изначально сближаются друг с другом, их гиперболические траектории несут их прямо друг за другом. Со временем, когда две дыры взаимодействуют со звездами, находящимися поблизости, они гравитационно снимают звезды, передавая часть своей орбитальной энергии звезде каждый раз, когда они это делают. Излучение гравитационных волн также уменьшает энергию черных дыр.
В конце концов две черные дыры испускают достаточно орбитальной энергии, чтобы замедлиться и приблизиться друг к другу, и оказаться в нескольких парсеках друг от друга. Проблема заключается в том, что, когда они сокращают расстояние, из их окрестностей выбрасывается все больше и больше материи с помощью выстрелов. Это означает, что больше нет материи для того, чтобы чёрные дыры взаимодействовали и излучали больше орбитальной энергии. В этот момент процесс слияния останавливается. Или так и должно быть.
И все же астрофизики знают, что черные дыры сливаются, потому что они были свидетелями мощных гравитационных волн. Фактически, LIGO (лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) обнаруживает слияние черных дыр примерно раз в неделю. То, как они сливаются друг с другом в конце, называется последней проблемой разбора.
Команда, стоящая за этим исследованием, считает, что у них может быть ответ. Они думают, что третья черная дыра, как они наблюдали в этой системе, могла бы дать импульс, необходимый для объединения двух дыр. Когда пара черных дыр в тройной системе приближается друг к другу, третья дыра может повлиять на них, чтобы закрыть последний парсек и слиться.
Согласно компьютерному моделированию, около 16% пар сверхмассивных черных дыр в сталкивающихся галактиках будут взаимодействовать с третьей сверхмассивной черной дырой, прежде чем они сольются. Эти слияния породят гравитационные волны, но проблема в том, что эти волны будут слишком низкочастотными, чтобы их могли обнаружить LIGO или обсерватория VIRGO.
Чтобы обнаружить их, ученым, возможно, придется полагаться на будущие обсерватории, такие как LISA, космическая антенна лазерного интерферометра ЕКА / НАСА. LISA будет наблюдать низкочастотные гравитационные волны, чем LIGO или VIRGO, и она лучше оснащена, чтобы обнаружить слияние сверхмассивных черных дыр.
Документ, представляющий эти результаты, называется «Тройной AGN в выбранном галактическом слиянии поздней стадии в средней инфракрасной области».
Больше:
- Пресс-релиз: Найдено: три черных дыры на столкновении
- Исследовательская статья: Тройной AGN в выбранной галактике среднего уровня на поздней стадии слияния
- Википедия: Последняя проблема с парсек
- LISA: лазерная интерферометр космическая антенна
