Timp de zeci de ani, astronomii au știut că găurile negre supermasive (SMBHs) se află în centrul majorității galaxiilor masive. Aceste găuri negre, care variază de la sute de mii la miliarde de mase solare, exercită o influență puternică asupra materiei înconjurătoare și se crede că este cauza nucleelor galactice active (AGN). Atâta timp cât astronomii au știut despre ei, au căutat să înțeleagă modul în care SMBH formează și evoluează.
În două studii publicate recent, două echipe internaționale de cercetători raportează despre descoperirea a cinci perechi de găuri negre recent descoperite în centrele galaxiilor îndepărtate. Această descoperire ar putea ajuta astronomii să arunce o nouă lumină asupra modului în care SMBH-urile se formează și cresc, în timp, fără a menționa modul în care fuziunile găurilor negre produc cele mai puternice valuri gravitaționale din Univers.
Primii patru candidați duble găuri negre au fost raportați într-un studiu intitulat „Buried AGNs in Advanced Mergers: Mid-Infrared Color Selection as a Dual AGN Finder”, care a fost condus de Shobita Satyapal, profesor de astrofizică la Universitatea George Mason. Acest studiu a fost acceptat pentru publicare în Jurnalul Astrofizic și recent a apărut online.
Al doilea studiu, care a raportat cel de-al cincilea candidat la gaura neagră dublă, a fost condus de Sarah Ellison - o profesoară de astrofizică la Universitatea din Victoria. A fost publicat recent în Avize lunare ale Royal Astronomical Society sub titlul „Descoperirea unui nucleu galactic activ dual cu separare de ~ 8 kpc”. Descoperirea acestor cinci perechi de găuri negre a fost foarte fortuită, având în vedere că perechile sunt o descoperire foarte rară.
Așa cum a explicat Shobita Satyapal într-o declarație de presă Chandra:
„Astronomii găsesc singure găuri negre supermasive în tot universul. Dar, chiar dacă am prezis că vor crește rapid când interacționează, au fost dificil de găsit creșteri duble negre supermasive.“
Perechile de găuri negre au fost descoperite combinând date dintr-o serie de instrumente diferite din sol și spațiu. Aceasta a inclus date optice din Sloan Digital Sky Survey (SDSS) și Telescopul Binocular Mare (LBT) din Arizona, cu date infraroșii aproape din Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) și date cu raze X de la Chandra NASA Observatorul cu raze X
De dragul studiilor lor, Satyapal, Ellison și echipele respective au căutat să detecteze AGN-uri duale, despre care se crede că ar fi o consecință a fuziunilor galactice. Au început prin consultarea datelor optice de la SDSS pentru a identifica galaxiile care păreau a fi în proces de fuziune. Datele din sondajul WISE pe tot cerul au fost apoi utilizate pentru a identifica acele galaxii care afișau cele mai puternice AGN-uri.
Apoi au consultat date de la spectrul de imagini CCD avansat al Chandra (ACIS) și LBT pentru a identifica șapte galaxii care păreau a fi într-un stadiu avansat de fuziune. Studiul condus de Ellison s-a bazat, de asemenea, pe datele optice furnizate de sondajul Mapping Nearby Galaxies din Apache Point Observatory (MaNGA) pentru a identifica una dintre noile perechi de găuri negre.
Din datele combinate, ei au descoperit că cinci din cele șapte galaxii care fuzionează găzduiau posibile AGN duale, care erau separate cu mai puțin de 10 kiloparsecuri (peste 30.000 de ani-lumină). Acest lucru a fost demonstrat de datele infraroșii furnizate de WISE, care a fost în concordanță cu ceea ce este predicat de găuri negre supermasive în creștere rapidă.
În plus, datele Chandra au arătat perechi strâns separate de surse de raze X, ceea ce este, de asemenea, în concordanță cu găurile negre care au materie încetul cu încetul asupra lor. Aceste date cu infraroșu și cu raze X sugerează, de asemenea, că găurile negre supermasive sunt îngropate în cantități mari de praf și gaz. După cum a indicat Ellison, aceste descoperiri au fost rezultatul unei lucrări dureroase care au constat în sortarea pe mai multe lungimi de undă a datelor:
„Lucrările noastre arată că combinarea selecției infraroșii cu urmărirea razelor X este un mod foarte eficient de a găsi aceste perechi de găuri negre. Razele X și radiațiile infraroșii sunt capabile să pătrundă în norii obscurători de gaz și praf din jurul acestor perechi de găuri negre, iar viziunea ascuțită a lui Chandra este necesară pentru a le separa ”.
Înainte de acest studiu, mai puțin de zece perechi de găuri negre în creștere au fost confirmate pe baza studiilor cu raze X, iar acestea au fost mai ales întâmplător. Această ultimă lucrare, care a detectat cinci perechi de găuri negre folosind date combinate, a fost, prin urmare, atât norocoasă, cât și semnificativă. În afară de consolidarea ipotezei conform căreia găurile negre supermasive se formează din fuziunea găurilor negre mai mici, aceste studii au implicații serioase și asupra cercetării valurilor gravitaționale.
„Este important să înțelegem cât de comune sunt perechile de găuri negre supermasive, pentru a ajuta la prezicerea semnalelor pentru observatoarele de unde gravitaționale”, a spus Satyapa. „Cu experimentele deja în vigoare și cele viitoare care vin online, acesta este un moment interesant pentru a cerceta fuzionarea găurilor negre. Suntem în primele etape ale unei noi ere în explorarea universului. ”
Din 2016, un număr de patru cazuri de unde gravitaționale au fost detectate de instrumente precum Laser Interferometru Gravitational-Wave Observatory (LIGO) și VIRGO Observatory. Totuși, aceste detectări au fost rezultatul fuziunilor găurilor negre în care găurile negre erau toate mai mici și mai puțin masive - între opt și 36 de mase solare.
Gurile negre supermasive, pe de altă parte, sunt mult mai masive și vor produce, probabil, o semnătură cu val gravitațional mult mai mare, în timp ce continuă să se apropie între ele. Și peste câteva sute de milioane de ani, când aceste perechi se vor contopi în cele din urmă, energia rezultată produsă de masă transformată în unde gravitaționale va fi incredibilă.
În prezent, detectori precum LIGO și Virgo nu sunt capabili să detecteze undele gravitaționale create de perechile de Gura Neagră Supermassive. Această lucrare este realizată de tablouri precum Observatorul Nanohertz din America de Nord pentru Gravitational Waves (NANOGrav), care se bazează pe pulsars milisecondi de înaltă precizie pentru a măsura influența undelor gravitaționale asupra spațiului-timp.
Antena de spațiu propusă cu laser interferometru (LISA), care va fi primul detector dedicat undelor gravitaționale bazate pe spațiu, este de asemenea de așteptat să ajute la căutare. Între timp, cercetarea valurilor gravitaționale a beneficiat deja enorm de eforturile de colaborare precum cea care există între Advanced LIGO și Advanced Virgo.
În viitor, oamenii de știință anticipează, de asemenea, că vor putea studia interioarele supranovenești prin cercetarea valurilor gravitaționale. Este probabil să dezvăluie foarte multe despre mecanismele din spatele formării găurilor negre. Între toate aceste eforturi în curs de desfășurare și evoluțiile viitoare, ne putem aștepta să „auzim” mult mai mult Universul și cele mai puternice forțe care lucrează în cadrul acestuia.
Asigurați-vă că consultați această animație care arată cum va arăta eventuala fuziune a două dintre aceste perechi de găuri negre, prin amabilitatea Observatorului de raze X Chandra:
