Fant: 3 sorte hull på grunn av kollisjon

Astronomer som jobber med data fra det rombaserte Chandra røntgenobservatorium sa denne uken (25. september 2019) at de har lokalisert tre supermassive sorte hull på en kollisjonskurs. Systemet hvor denne tredobbelte sorte hullfusjonen skjer, kalles SDSS J0849 + 1114. Det ligger omtrent en milliard lysår fra Jorden. Teleskoper på bakken og i verdensrommet - inkludert Chandra, Hubble, WISE og NuSTAR - tegnet scenen, som forskere kaller:

... det beste beviset ennå for en trio av gigantiske sorte hull.

Så vi har ikke sett mange systemer som dette så langt. Og allikevel, tror astronomer, trippelkollisjoner som denne spiller en kritisk rolle i hvordan de største sorte hullene vokser over tid. Ryan Pfeifle fra George Mason University i Fairfax, Virginia er første forfatter av en ny artikkel i den fagfellevurderte Astrophysical Journal, som beskriver disse resultatene (forhåndstrykk her). Han sa:

Vi var bare ute etter par sorte hull den gangen, og likevel, gjennom vår utvalgsteknikk, snublet vi over dette fantastiske systemet. Dette er det sterkeste beviset som ennå er funnet for et så tredelt system for aktiv mating av supermassive sorte hull.

Disse forskernes uttalelser beskrev prosessen deres:

For å avdekke denne sjeldne svart hulls trifecta, trengte forskere å kombinere data fra teleskoper både på bakken og i verdensrommet. Først avbildet Sloan Digital Sky Survey-teleskopet, som skanner store skår av himmelen i optisk lys fra New Mexico, SDSS J0849 + 1114. Ved hjelp av innbyggerforskere som deltok i et prosjekt kalt Galaxy Zoo, ble det deretter tagget som et system for kolliderende galakser.

Deretter avslørte data fra NASAs Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) -oppdrag at systemet glød intenst i infrarødt lys under en fase i galaksefusjonen når mer enn ett av de svarte hullene forventes å mate raskt. For å følge opp ledetrådene vendte astronomene seg deretter mot Chandra og det store kikkertteleskopet i Arizona.

Chandra-dataene avslørte røntgenkilder - et tydelig tegn på materiale som blir fortært av de sorte hullene - i de lyse sentrene i hver galakse i fusjonen, akkurat der forskerne forventer at supermassive sorte hull skal oppholde seg. Chandra og NASAs Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) fant også bevis for store mengder gass og støv rundt et av de sorte hullene, typisk for et sammenslående sort hullsystem.

Medforfatter Christina Manzano-King fra University of California, Riverside sa:

Optiske spektre inneholder et vell av informasjon om en galakse. De blir ofte brukt til å identifisere aktivt tiltrekkende supermassive sorte hull og kan gjenspeile påvirkningen de har på galaksene de bor.

Disse astronomene sa at en av grunnene til at det er vanskelig å finne en trippel av supermassive sorte hull, er at hullene trolig er innhyllet i gass og støv, og blokkerer mye av lyset deres. De infrarøde bildene fra WISE, de infrarøde spektraene fra LBT og røntgenbildene fra Chandra omgår dette problemet, sa de fordi infrarødt lys og røntgenstråle lys gjennomskuer gassskyer mye lettere enn optisk lys. Pfeifle forklarte:

Gjennom bruk av disse hovedobservatoriene har vi identifisert en ny måte å identifisere trippel supermassive sorte hull. Hvert teleskop gir oss en annen anelse om hva som skjer i disse systemene. Vi håper å utvide vårt arbeid for å finne flere tredobbelt med samme teknikk.

En annen medforfatter på det nye papiret, Shobita Satyapal, også av George Mason, forklarte hvorfor dette systemet er spennende for forskere:

Doble og tredobbelte sorte hull er svært sjeldne, men slike systemer er faktisk en naturlig konsekvens av galaksefusjoner, som vi tror er hvordan galakser vokser og utvikler seg.

Som du kan forvente, sa disse forskerne, tre supermassive sorte hull som fusjonerer, oppfører seg annerledes enn bare et par:

Når det er tre slike sorte hull som samhandler, skal et par slå seg sammen til et større svart hull mye raskere enn hvis de to var alene. Dette kan være en løsning på et teoretisk forhold som kalles 'endelig parsec-problem', der to supermassive sorte hull kan nærme seg i løpet av noen få lysår fra hverandre, men trenger litt ekstra trekk innover for å slå seg sammen på grunn av overflødig energi de bærer i banene sine. Påvirkningen fra et tredje svart hull, som i SDSS J0849 + 1114, kunne endelig bringe dem sammen.

Datasimuleringer har vist at 16% av par supermassive sorte hull i kolliderende galakser vil ha samhandlet med et tredje supermassivt svart hull før de smelter sammen. Slike sammenslåinger vil produsere krusninger gjennom romtid som kalles gravitasjonsbølger. Disse bølgene vil ha lavere frekvenser enn National Science Foundation s Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) og European Virgo gravitasjonsbølgedetektor kan oppdage. Imidlertid kan de være påvisbare med radioobservasjoner av pulsarer, så vel som fremtidige romobservatorier, som European Space Agency s Laser Interferometer Space Antenna (LISA), som vil oppdage sorte hull opp til en million solmasser.

Poenglinjen: Astronomer har oppdaget et system med 3 galakser - kalt SDSS J0849 + 1114 - som alle kretser om hverandre en milliard lysår fra Jorden. Hver galakse inneholder et overmassivt svart hull, som sirkler hverandre, for å kollidere.

Via Chandra