Ny undersøgelse tyder på, at der findes titusindvis af sorte huller i Mælkevejenes centrum

Et team af astrofysikere ledet af Columbia University har opdaget et dusin sorte huller samlet omkring Sagittarius A* (Sgr A*), det supermassive sorte hul i midten af ​​Mælkevejsgalaksen. Fundet er det første, der understøtter en årtier gammel forudsigelse, åbner op for utallige muligheder for bedre at forstå universet.

"Alt, hvad du nogensinde vil lære om, hvordan store sorte huller interagerer med små sorte huller, du kan lære ved at studere denne distribution, " sagde Columbia astrofysiker Chuck Hailey, meddirektør for Columbia Astrophysics Lab og hovedforfatter på undersøgelsen. "Mælkevejen er virkelig den eneste galakse, vi har, hvor vi kan studere, hvordan supermassive sorte huller interagerer med små, fordi vi simpelthen ikke kan se deres interaktioner i andre galakser. I en vis forstand, dette er det eneste laboratorium, vi har til at studere dette fænomen."

Undersøgelsen vises i 5. april-udgaven af Natur .

I mere end to årtier, forskere har uden held søgt efter beviser, der understøtter en teori om, at tusindvis af sorte huller omgiver supermassive sorte huller (SMBH'er) i centrum af store galakser.

"Der er kun omkring fem dusin kendte sorte huller i hele galaksen - 100, 000 lysår bredt - og der formodes at være 10, 000 til 20, 000 af disse ting i en region kun seks lysår bred, som ingen har været i stand til at finde, " sagde Hailey, tilføjer, at der er foretaget omfattende frugtløse søgninger efter sorte huller omkring Sgr A*, den nærmeste SMBH på Jorden og derfor den nemmeste at studere. "Der har ikke været mange troværdige beviser."

Han forklarede, at Sgr A* er omgivet af en glorie af gas og støv, der giver den perfekte grobund for fødslen af ​​massive stjerner, som lever, dø og kunne blive til sorte huller der. Derudover sorte huller uden for glorien menes at falde under indflydelse af SMBH, da de mister deres energi, får dem til at blive trukket ind i nærheden af ​​SMBH, hvor de holdes fanget af dens magt.

Mens de fleste af de fangede sorte huller forbliver isolerede, nogle fanger og binder sig til en forbipasserende stjerne, danner en stjernebinær. Forskere mener, at der er en tung koncentration af disse isolerede og parrede sorte huller i Galactic Center, danner en tæthedsspids, som bliver mere overfyldt, efterhånden som afstanden til SMBH falder.

I fortiden, mislykkede forsøg på at finde beviser for en sådan spids har fokuseret på at lede efter det lyse udbrud af røntgenstråler, der nogle gange forekommer i sorte huls binære filer

"Det er en oplagt måde at søge efter sorte huller på, " sagde Hailey, "men det galaktiske center er så langt væk fra Jorden, at disse udbrud kun er stærke og lyse nok til at se cirka en gang hver 100 til 1, 000 år." For at opdage sorte huls binære filer derefter, Hailey og hans kolleger indså, at de ville være nødt til at lede efter de svagere, men mere stabile røntgenstråler udsendes, når de binære filer er i en inaktiv tilstand.

"Det ville være så nemt, hvis sorte huls binære filer rutinemæssigt afgav store udbrud, som neutronstjernebinære filer gør, men det gør de ikke, så vi måtte finde på en anden måde at lede efter dem, " sagde Hailey. "Isoleret, uparrede sorte huller er bare sorte – de gør ikke noget. Så at lede efter isolerede sorte huller er heller ikke en smart måde at finde dem på. Men når sorte huller parrer sig med en stjerne med lav masse, ægteskabet udsender røntgenudbrud, der er svagere, men konsekvent og påviselig. Hvis vi kunne finde sorte huller, der er koblet med stjerner med lav masse, og vi ved, hvilken brøkdel af sorte huller der vil parre sig med stjerner med lav masse, vi kunne videnskabeligt udlede befolkningen af ​​isolerede sorte huller derude."

Hailey og kolleger henvendte sig til arkivdata fra Chandra X-ray Observatory for at teste deres teknik. De søgte efter røntgenunderskrifter af sorte huller med lav masse binarier i deres inaktive tilstand og kunne finde 12 inden for tre lysår, af Sgr A*. Forskerne analyserede derefter egenskaberne og den rumlige fordeling af de identificerede binære systemer og ekstrapolerede fra deres observationer, at der skal være alt fra 300 til 500 sorte hul lavmasse-binarier og omkring 10, 000 isolerede sorte huller i området omkring Sgr A*.

"Dette fund bekræfter en stor teori, og implikationerne er mange, " sagde Hailey. "Det vil betydeligt fremme gravitationsbølgeforskningen, fordi at kende antallet af sorte huller i midten af ​​en typisk galakse kan hjælpe med bedre at forudsige, hvor mange gravitationsbølgehændelser, der kan være forbundet med dem. Al den information, astrofysikere har brug for, er i centrum af galaksen."

Haileys medforfattere på papiret omfatter:Kaya Mori, Michael E. Berkowitz, og Benjamin J. Hord, hele Columbia University; Franz E. Bauer, af Instituto de Astrofísica, Facultad de Física, Pontificia, Universidad Católica de Chile, Millennium Institute of Astrophysics, Vicuña Mackenna, og Space Science Institute; og Jaesub Hong, fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.