Kæmpe sorte hul par fotobomber Andromeda galaksen

Det ser ud til, at selv sorte huller ikke kan modstå fristelsen til at indsætte sig selv uanmeldt i fotografier. En kosmisk fotobombe fundet som et baggrundsobjekt i billeder af den nærliggende Andromeda-galakse har afsløret, hvad der kunne være det mest tæt koblede par supermassive sorte huller nogensinde set.

Astronomer gjorde denne bemærkelsesværdige opdagelse ved hjælp af røntgendata fra NASAs Chandra X-ray Observatory og optiske data fra jordbaserede teleskoper, Gemini-North på Hawaii og Caltechs Palomar Transient Factory i Californien.

Denne usædvanlige kilde, kaldet LGGS J004527.30+413254.3 (forkortet J0045+41), blev set i optiske og røntgenbilleder af Andromeda, også kendt som M31. Indtil for nylig, videnskabsmænd troede, at J0045+41 var et objekt i M31, en stor spiralgalakse, der ligger relativt nær i en afstand af omkring 2,5 millioner lysår fra Jorden. De nye data, imidlertid, afslørede, at J0045+41 faktisk var på meget større afstand, omkring 2,6 milliarder lysår fra Jorden.

"Vi ledte efter en speciel type stjerne i M31 og troede, vi havde fundet en, " sagde Trevor Dorn-Wallenstein fra University of Washington i Seattle, WA, som ledede avisen, der beskrev denne opdagelse. "Vi var overraskede og spændte over at finde noget langt fremmed!"

Endnu mere spændende end den store afstand af J0045+41 er, at den sandsynligvis indeholder et par gigantiske sorte huller i tæt kredsløb om hinanden. Den anslåede samlede masse for disse to supermassive sorte huller er omkring to hundrede millioner gange vores Sols masse.

Tidligere, et andet hold af astronomer havde set periodiske variationer i det optiske lys fra J0045+41, og, at tro, at det er medlem af M31, klassificerede det som et par stjerner, der kredsede om hinanden cirka en gang hver 80. dag.

Intensiteten af ​​røntgenkilden observeret af Chandra afslørede, at denne oprindelige klassificering var forkert. Hellere, J0045+41 måtte enten være et binært system i M31 indeholdende en neutronstjerne eller et sort hul, der trækker materiale fra en ledsager - den slags system Dorn-Wallenstein oprindeligt søgte efter i M31 - eller et meget mere massivt og fjernt system, der indeholder mindst ét ​​hurtigt voksende supermassivt sort hul.

Imidlertid, et spektrum fra Gemini-North-teleskopet taget af University of Washington-teamet viste, at J0045+41 skal være vært for mindst ét ​​supermassivt sort hul og tillod forskerne at estimere afstanden. Spektret gav også muligt bevis på, at et andet sort hul var til stede i J0045+41 og bevægede sig med en anden hastighed end det første, som forventet, hvis de to sorte huller kredser om hinanden.

Holdet brugte derefter optiske data fra Palomar Transient Factory til at søge efter periodiske variationer i lyset fra J0045+41. De fandt flere perioder i J0045+41, inklusive dem på omkring 80 og 320 dage. Forholdet mellem disse perioder matcher det, der er forudsagt af teoretisk arbejde med dynamikken i to gigantiske sorte huller, der kredser om hinanden.

"Det er første gang, der er fundet så stærke beviser for et par kredsende gigantiske sorte huller, " sagde medforfatter Emily Levesque fra University of Washington.

Forskerne vurderer, at de to formodede sorte huller kredser om hinanden med en adskillelse på kun et par hundrede gange afstanden mellem Jorden og Solen. Det svarer til mindre end en hundrededel af et lysår. Til sammenligning, den nærmeste stjerne på vores sol er omkring fire lysår væk.

Et sådant system kunne dannes som følge af fusionen, milliarder af år tidligere, af to galakser, der hver indeholdt et supermassivt sort hul. Ved deres nuværende tætte adskillelse, de to sorte huller bliver uundgåeligt trukket tættere sammen, da de udsender gravitationsbølger.

"Vi er ikke i stand til at præcisere, hvor meget masse hvert af disse sorte huller indeholder, " sagde medforfatter John Ruan, også fra University of Washington. "Afhængig af det, vi tror, ​​at dette par vil kollidere og smelte sammen til ét sort hul om så lidt som 350 år eller så meget som 360 år, 000 år."

Hvis J0045+41 faktisk indeholder to tæt kredsende sorte huller, vil den udsende gravitationsbølger, signalet ville dog ikke kunne detekteres med LIGO og Jomfru. Disse jordbaserede faciliteter har detekteret sammensmeltningen af ​​sorte huller med stjernemasse, der ikke vejer mere end omkring 60 sole og, for ganske nylig, en mellem to neutronstjerner.

"Supermassive sorte hul-fusioner forekommer i slowmotion sammenlignet med stjerne-masse sorte huller", sagde Dorn-Wallenstein. "De meget langsommere ændringer i gravitationsbølgerne fra et system som J0045+41 kan bedst detekteres af en anden type gravitationsbølgeanlæg kaldet et Pulsar Timing Array."

Et papir, der beskriver dette resultat, blev accepteret til offentliggørelse i 20. november-udgaven af ​​The Astrofysisk tidsskrift og er tilgængelig online.