Sort hul kollision kan være eksploderet med lys

Når to sorte huller går i spiral omkring hinanden og i sidste ende kolliderer, de udsender krusninger i rum og tid kaldet gravitationsbølger. Fordi sorte huller ikke afgiver lys, disse begivenheder forventes ikke at skinne med nogen lysbølger, eller elektromagnetisk stråling. Graduate Center, CUNY astrofysikere K. E. Saavik Ford og Barry McKernan har fremlagt måder, hvorpå en sort hul-fusion kan eksplodere med lys. Nu, for første gang, astronomer har set beviser for et af disse lysproducerende scenarier. Deres resultater er tilgængelige i de aktuelle numre af Fysisk gennemgangsbreve .

Et team bestående af forskere fra The Graduate Center, CUNY; Caltechs Zwicky Transient Facility (ZTF); Borough of Manhattan Community College (BMCC); og American Museum of Natural History (AMNH) opdagede, hvad der ser ud til at være et lysudbrud fra et par sammensmeltende sorte huller. Begivenheden (kaldet S190521g) blev først identificeret af National Science Foundations (NSF) Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) og European Virgo-detektor den 21. 2019. Da de sorte huller smeltede sammen, ryster rum og tid, de sendte gravitationsbølger ud. Kort derefter, forskere ved ZTF - som er placeret ved Palomar Observatory nær San Diego - gennemgik deres optagelser af samme begivenhed og opdagede, hvad der kan være et lysudbrud, der kommer fra de sammensmeltende sorte huller.

"I midten af ​​de fleste galakser lurer et supermassivt sort hul. Det er omgivet af en sværm af stjerner og døde stjerner, inklusive sorte huller, " sagde studiemedforfatter Ford, en professor ved Graduate Center, BMCC og AMNH. "Disse objekter myldrer som vrede bier omkring den monstrøse bidronning i midten. De kan kortvarigt finde gravitationspartnere og parre sig, men mister normalt deres partnere hurtigt til den gale dans. Men i et supermassivt sort huls skive, den strømmende gas omdanner sværmens mosh pit til en klassisk menuet, organisere de sorte huller, så de kan parre sig, " hun siger.

Når de sorte huller smelter sammen, den nye, nu større sorte hul oplever et spark, der sender det af sted i en tilfældig retning, og den pløjer igennem gassen i skiven. "Det er gassens reaktion på denne hurtige kugle, der skaber en lys flare, synlig med teleskoper, " sagde medforfatter McKernan, en astrofysikprofessor med The Graduate Center, BMCC og AMNH.

"Dette supermassive sorte hul buldrede sammen i årevis før denne mere bratte opblussen, " sagde undersøgelsens hovedforfatter Matthew Graham, en forskningsprofessor i astronomi ved Caltech og projektforsker for ZTF. "Opblussen opstod på den rigtige tidsskala, og på den rigtige placering, at være sammenfaldende med gravitationsbølgebegivenheden. I vores undersøgelse, vi konkluderer, at opblussen sandsynligvis er resultatet af en sort hul-fusion, men vi kan ikke helt udelukke andre muligheder."

"ZTF blev specielt designet til at identificere nye, sjælden, og variable typer af astronomisk aktivitet som denne, " sagde NSF's direktør for astronomisk videnskab, Ralph Gaume. "NSFs støtte til ny teknologi fortsætter med at udvide, hvordan vi kan spore sådanne begivenheder."

En sådan opblussen forventes at begynde dage til uger efter det første sprøjt af gravitationsbølger produceret under fusionen. I dette tilfælde, ZTF fangede ikke begivenheden med det samme, men da forskerne gik tilbage og kiggede igennem ZTF-arkivbilleder måneder senere, de fandt et signal, der startede dage efter gravitationsbølgebegivenheden i maj 2019. ZTF observerede blussen langsomt falme i løbet af en måned.

Forskerne forsøgte at få et mere detaljeret kig på lyset fra det supermassive sorte hul, kaldet et spektrum, men da de så, blusset var allerede falmet. Et spektrum ville have givet mere støtte til ideen om, at opblussen kom fra sammensmeltning af sorte huller i skiven af ​​det supermassive sorte hul. Imidlertid, forskerne siger, at de stort set var i stand til at udelukke andre mulige årsager til den observerede opblussen, inklusive en supernova eller en tidevandsforstyrrelse, som opstår, når et sort hul i det væsentlige spiser en stjerne.

Hvad er mere, holdet siger, at det ikke er sandsynligt, at opblussen kom fra de sædvanlige rumlen fra det supermassive sorte hul, som regelmæssigt føder fra sin omgivende disk. Ved hjælp af Catalina Real-Time Transient Survey, ledet af Caltech, de var i stand til at vurdere det sorte huls adfærd over de sidste 15 år, og fandt ud af, at dens aktivitet var relativt normal indtil maj 2019, da det pludselig tog til.

"Supermassive sorte huller som dette har blusser hele tiden. De er ikke stille objekter, men timingen, størrelse, og placeringen af ​​denne flare var spektakulær, " sagde medforfatter Mansi Kasliwal (MS '07, Ph.D. '11), en adjunkt i astronomi ved Caltech. "Grunden til at lede efter flares som dette er så vigtigt er, at det hjælper enormt med astrofysik og kosmologiske spørgsmål. Hvis vi kan gøre dette igen og opdage lys fra sammensmeltningen af ​​andre sorte huller, så kan vi fastgøre hjemmene til disse sorte huller og lære mere om deres oprindelse."

Det nydannede sorte hul skulle forårsage endnu en opblussen i de næste par år. Processen med sammensmeltning gav objektet et spark, der skulle få det til at komme ind i det supermassive sorte huls disk igen, producerer endnu et lysglimt, som ZTF burde kunne se.

Avisen har titlen, "Et kandidat elektromagnetisk modstykke til den binære sorte huls fusionsgravitationsbølgebegivenhed GW190521g."