At se dobbelt:Forskere finder undvigende kæmpe sorte hul-par

Astronomer har identificeret en kofanger afgrøde af dobbelte supermassive sorte huller i centrum af galakser. Denne opdagelse kan hjælpe astronomer til bedre at forstå, hvordan gigantiske sorte huller vokser, og hvordan de kan producere de stærkeste gravitationsbølgesignaler i universet.

De nye beviser afslører fem par supermassive sorte huller, hver indeholder millioner af gange Solens masse. Disse sorte hul-par blev dannet, da to galakser kolliderede og smeltede sammen med hinanden, tvinger deres supermassive sorte huller tæt sammen.

De sorte hul-par blev afsløret ved at kombinere data fra en række forskellige observatorier inklusive NASAs Chandra X-ray Observatory, Wide-Field Infrared Sky Explorer Survey (WISE), og det jordbaserede Large Binocular Telescope i Arizona.

"Astronomer finder enkelte supermassive sorte huller over hele universet, " sagde Shobita Satyapal, fra George Mason University i Fairfax, Virginia, som ledede en af ​​to artikler, der beskrev disse resultater. "Men selvom vi har forudsagt, at de vokser hurtigt, når de interagerer, voksende dobbelte supermassive sorte huller har været svære at finde."

Før denne undersøgelse var færre end ti bekræftede par af voksende sorte huller kendt fra røntgenundersøgelser, hovedsagelig baseret på tilfældige påvisninger. For at udføre en systematisk søgning, holdet skulle omhyggeligt gennemsøge data fra teleskoper, der detekterer forskellige bølgelængder af lys.

Startende med Galaxy Zoo-projektet, forskere brugte optiske data fra Sloan Digital Sky Survey (SDSS) til at identificere galakser, hvor det så ud til, at en fusion mellem to mindre galakser var i gang. Fra dette sæt, de valgte objekter, hvor adskillelsen mellem centrene af de to galakser i SDSS-dataene er mindre end 30, 000 lysår, og de infrarøde farver fra WISE-data matcher dem, der er forudsagt for et hurtigt voksende supermassivt sort hul.

Syv flettesystemer indeholdende mindst et supermassivt sort hul blev fundet med denne teknik. Fordi stærk røntgenstråling er et kendetegn for voksende supermassive sorte huller, Satyapal og hendes kolleger observerede derefter disse systemer med Chandra. Tæt adskilte par af røntgenkilder blev fundet i fem systemer, giver overbevisende beviser på, at de indeholder to voksende (eller fødende) supermassive sorte huller.

Både røntgendataene fra Chandra og de infrarøde observationer tyder på, at de supermassive sorte huller er begravet i store mængder støv og gas.

"Vores arbejde viser, at kombinationen af ​​det infrarøde udvalg med røntgenopfølgning er en meget effektiv måde at finde disse sorte hul-par, " sagde Sara Ellison fra University of Victoria i Canada, som ledede det andet papir, der beskrev disse resultater. "Røntgenstråler og infrarød stråling er i stand til at trænge igennem de tilslørende skyer af gas og støv, der omgiver disse sorte hul-par, og Chandras skarpe vision er nødvendig for at adskille dem".

Papiret ledet af Ellison brugte yderligere optiske data fra Mapping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory (MaNGA) undersøgelse for at lokalisere et af de nye sorte hul-par. Et medlem af dette sorte hul-par er særligt kraftfuldt, har den højeste røntgenlysstyrke i et sort hul-par observeret af Chandra til dato.

Dette arbejde har implikationer for gravitationsbølgeastrofysikkens spirende felt. Mens forskere, der bruger Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) og VIRGO-interferometeret, har opdaget signalerne om sammensmeltede sorte huller, disse sorte huller har været af den mindre sort og vejer mellem omkring otte og 36 gange Solens masse.

De sammensmeltende sorte huller i galaksernes centre er meget større. Når disse supermassive sorte huller trækker endnu tættere sammen, de burde begynde at producere gravitationsbølger. Den endelige sammensmeltning af de dobbelte supermassive sorte huller om hundreder af millioner af år ville skabe et endnu større sort hul. Denne proces ville producere en forbløffende mængde energi, når noget af massen omdannes til gravitationsbølger.

"Det er vigtigt at forstå, hvor almindelige supermassive sorte hul-par er, at hjælpe med at forudsige signalerne for gravitationsbølgeobservatorier, " sagde Satyapal. "Med eksperimenter, der allerede er på plads og fremtidige, der kommer online, dette er et spændende tidspunkt at forske i fusionerende sorte huller. Vi er i de tidlige stadier af en ny æra i at udforske universet."

LIGO/VIRGO er ikke i stand til at detektere gravitationsbølger fra supermassive sorte hul-par. I stedet, pulsar timing arrays såsom North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) udfører i øjeblikket denne søgning. I fremtiden, Laser Interferometer Space Antenna (LISA) projektet kunne også søge efter disse gravitationsbølger.

Fire af de dobbelte sorte hul-kandidater blev rapporteret i et papir af Satyapal et al. der for nylig blev accepteret til offentliggørelse i The Astrofysisk tidsskrift , og vises online. Den anden dobbelte sorte hul-kandidat blev rapporteret i et papir af Ellison et al., som blev offentliggjort i september 2017-udgaven af Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society og vises online.