I flere tiår har astronomer visst at Supermassive Black Holes (SMBH) er bosatt i sentrum av de mest massive galakser. Disse sorte hullene, som spenner fra å være hundretusener til milliarder av solmasser, utøver en sterk innflytelse på omgivelsene og antas å være årsaken til Active Galactic Nuclei (AGN). Så lenge astronomer har visst om dem, har de søkt å forstå hvordan SMBH-er dannes og utvikler seg.
I to nylig publiserte studier rapporterer to internasjonale forskerteam om funn av fem nyoppdagede sorte hullpar ved sentrum av fjerne galakser. Denne oppdagelsen kan hjelpe astronomer med å belyse nytt lys over hvordan SMBHs dannes og vokser over tid, for ikke å snakke om hvordan sorte hullfusjoner produserer de sterkeste gravitasjonsbølgene i universet.
De første fire dual black hole-kandidatene ble rapportert i en studie med tittelen “Buried AGNs in Advanced Mergers: Mid-Infrared Colour Selection as A Dual AGN Finder”, som ble ledet av Shobita Satyapal, professor i astrofysikk ved George Mason University. Denne studien ble akseptert for publisering i The Astrophysical Journal og dukket nylig opp på nettet.
Den andre studien, som rapporterte den femte kandidaten med dobbelt svart hull, ble ledet av Sarah Ellison - en astrofysikkprofessor ved University of Victoria. Den ble nylig publisert i Månedlige merknader fra Royal Astronomical Society under tittelen “Oppdagelse av en dobbel aktiv galaktisk nukleus med ~ 8 kpc separasjon”. Oppdagelsen av disse fem svart hullparene var veldig heldig, gitt at par er et veldig sjeldent funn.
Som Shobita Satyapal forklarte i en pressemelding fra Chandra:
“Astronomer finner enkelt supermassive sorte hull over hele universet. Men selv om vi har spådd at de vokser raskt når de samhandler, har det vært vanskelig å finne doble supermassive sorte hull.“
Svarthullsparene ble oppdaget ved å kombinere data fra en rekke forskjellige bakkebaserte og rombaserte instrumenter. Dette inkluderte optiske data fra Sloan Digital Sky Survey (SDSS) og det bakkebaserte Large Binocular Telescope (LBT) i Arizona med nærinfrarød data fra Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) og røntgendata fra NASAs Chandra Røntgenobservatorium.
Av hensyn til studiene forsøkte Satyapal, Ellison og deres respektive team å oppdage doble AGN-er, som antas å være en konsekvens av galaktiske fusjoner. De begynte med å konsultere optiske data fra SDSS for å identifisere galakser som så ut til å være i ferd med å slå seg sammen. Data fra WISE-undersøkelsen med all himmel ble deretter brukt til å identifisere galakser som viste de kraftigste AGN-ene.
De konsulterte deretter data fra Chandra's Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) og LBT for å identifisere syv galakser som så ut til å være i et avansert fusjonsstadium. Studien ledet av Ellison baserte seg også på optiske data levert av kartleggingen i nærheten av galakser ved Apache Point Observatory (MaNGA) -undersøkelsen for å finne et av de nye svarthullsparene.
Fra de samlede dataene fant de ut at fem av de syv sammenslåtte galakser var vertskap for mulige doble AGN-er, som ble skilt med mindre enn 10 kiloparsek (over 30 000 lysår). Dette ble dokumentert av infrarøde data levert av WISE, som var i samsvar med det som er predikert for raskt voksende supermassive sorte hull.
I tillegg viste Chandra-dataene tett atskilte par røntgenkilder, noe som også er i samsvar med sorte hull som sakte sakte blir anbragt på dem. Disse infrarøde og røntgenopplysningene antydet også at de supermassive sorte hullene er begravet i store mengder støv og gass. Som Ellison antydet, var disse funnene et resultat av omhyggelig arbeid som besto av å sortere gjennom flere bølgelengder av data:
”Arbeidet vårt viser at det å kombinere det infrarøde valget med røntgenoppfølging er en veldig effektiv måte å finne disse svart hullparene på. Røntgenstråler og infrarød stråling er i stand til å trenge gjennom de skjule skyene av gass og støv som omgir disse sorte hullparene, og Chandras skarpe syn er nødvendig for å skille dem ”.
Før denne studien hadde mindre enn ti par voksende sorte hull blitt bekreftet basert på røntgenundersøkelser, og disse var stort sett tilfeldig. Dette siste arbeidet, som oppdaget fem sorte hullpar ved bruk av kombinert data, var derfor både heldig og betydelig. Bortsett fra å styrke hypotesen om at supermassive sorte hull dannes fra sammenslåingen av mindre sorte hull, har disse studiene også alvorlige implikasjoner for gravitasjonsbølgeforskningen.
"Det er viktig å forstå hvor vanlige supermassive sorte hullpar er, for å hjelpe med å forutsi signalene for gravitasjonsbølgebe observatorier," sa Satyapa. “Med allerede pågående eksperimenter og fremtidige som kommer på nettet, er dette en spennende tid å forske på å slå sammen sorte hull. Vi er i de tidlige stadiene av en ny tid med å utforske universet. ”
Siden 2016 er totalt fire forekomster av gravitasjonsbølger blitt oppdaget av instrumenter som Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) og VIRGO Observatory. Imidlertid var disse oppdagelsene et resultat av sammenslåinger av sorte hull der de sorte hullene var mindre og mindre massive - mellom åtte og 36 solmasser.
Supermassive Black Holes, derimot, er mye mer massive og vil sannsynligvis gi en mye større gravitasjonsbølgesignatur når de fortsetter å komme nærmere hverandre. Og om noen hundre millioner år, når disse parene til slutt smelter sammen, vil den resulterende energien som produseres av masse omdannes til gravitasjonsbølger være utrolig.
For øyeblikket er detektorer som LIGO og Jomfruen ikke i stand til å oppdage gravitasjonsbølgene som er opprettet av Supermassive Black Hole-par. Dette arbeidet utføres av matriser som det nordamerikanske Nanohertz-observatoriet for gravitasjonsbølger (NANOGrav), som er avhengig av høys presisjons millisekund-pulsarer for å måle innflytelsen av gravitasjonsbølger på rom-tid.
Den foreslåtte Laserinterferometer Space Antenna (LISA), som vil være den første dedikerte rombaserte gravitasjonsbølgedetektoren, forventes også å hjelpe i søket. I mellomtiden har gravitasjonsbølgeforskning allerede hatt stor fordel av samarbeidsinnsatser som den som eksisterer mellom Advanced LIGO og Advanced Virgo.
I fremtiden forventer forskere også at de vil kunne studere interiøret i supernovaer gjennom gravitasjonsbølgeforskning. Dette vil sannsynligvis avsløre mye om mekanismene bak dannelse av svart hull. Mellom all denne pågående innsatsen og den fremtidige utviklingen, kan vi forvente å "høre" mye mer av universet og de mektigste kreftene som er i arbeid i det.
Sørg for å sjekke denne animasjonen som viser hvordan den eventuelle fusjonen mellom to av disse svart hullparene vil se ut, høflighet av Chandra X-ray Observatory:
