Gadu desmitiem astronomi ir zinājuši, ka vismasīvāko galaktiku centrā atrodas supermasīvie melnie caurumi (SMBH). Šie melnie caurumi, kas svārstās no simtiem tūkstošu līdz miljardiem Saules masu, spēcīgi ietekmē apkārtējo vielu un, domājams, ir aktīvo galaktisko kodolu (AGN) cēlonis. Tik ilgi, kamēr astronomi ir zinājuši par viņiem, viņi ir centušies saprast, kā veidojas un attīstās SMBH.
Divos nesen publicētos pētījumos divas starptautiskas pētnieku grupas ziņo par piecu nesen atklātu melno caurumu pāru atrašanu tālu galaktiku centros. Šis atklājums varētu palīdzēt astronomiem parādīt jaunu informāciju par to, kā laika gaitā veidojas un aug SMBH, nemaz nerunājot par to, kā melnā cauruma apvienošanās rada spēcīgākos gravitācijas viļņus Visumā.
Pirmie četri dubultā melnā cauruma kandidāti tika ziņoti pētījumā ar nosaukumu “Aprakti AGNs uzlabotajās apvienošanās: vidējas infrasarkanās krāsas izvēle kā divējāda AGN meklētāja”, kuru vadīja Džordža Meisona universitātes astrofizikas profesore Shobita Satyapal. Šis pētījums tika pieņemts publicēšanai 2006 Astrofizikas žurnāls un nesen parādījās tiešsaistē.
Otro pētījumu, kurā tika ziņots par piekto dubultā melnā cauruma kandidātu, vadīja Sāra Elisona - Viktorijas universitātes astrofizikas profesore. Tas nesen tika publicēts Karaliskās astronomiskās biedrības ikmēneša paziņojumi ar nosaukumu “Divējāda aktīva galaktikas kodola atklāšana ar ~ 8 kpc atdalīšanu”. Šie pieci melno caurumu pāri tika atklāti ļoti veiksmīgi, ņemot vērā, ka pāri ir ļoti rets atradums.
Kā Shobita Satyapal paskaidroja Chandra preses paziņojumā:
“Astronomi visā Visumā atrod vienotus supermasīvus melnos caurumus. Bet, pat ja mēs esam paredzējuši, ka, mijiedarbojoties, tie strauji pieaug, ir grūti atrast augošus, supermasīvus, melnus caurumus.“
Melnā cauruma pāri tika atklāti, apvienojot datus no vairākiem dažādiem zemes un kosmosa instrumentiem. Tajā bija iekļauti optiskie dati no Sloan Digital Sky Survey (SDSS) un uz zemes bāzētā lielā binokulārā teleskopa (LBT) Arizonā ar gandrīz infrasarkaniem datiem no plaša lauka infrasarkano staru pētījuma pētnieka (WISE) un rentgena dati no NASA Chandra. Rentgena observatorija.
Savu pētījumu dēļ Satyapal, Elisons un viņu attiecīgās komandas centās atklāt divējādus AGN, kas, domājams, ir galaktisko apvienošanos sekas. Viņi sāka, izmantojot SDSS optiskos datus, lai identificētu galaktikas, kuras, šķiet, ir apvienošanās procesā. Pēc tam visu debesu WISE apsekojuma dati tika izmantoti, lai identificētu tās galaktikas, kuras parādīja visspēcīgākos AGN.
Pēc tam viņi izmantoja datus no Chandra uzlabotā CCD attēlveidošanas spektrometra (ACIS) un LBT, lai identificētu septiņas galaktikas, kas šķietami atrodas progresēšanas stadijā. Elisona vadītais pētījums arī paļāvās uz optiskajiem datiem, ko sniedza Apache Point Observatory (MaNGA) apsekojuma Tuvākās galaktikas kartēšana, lai precīzi noteiktu vienu no jaunajiem melno caurumu pāriem.
No apvienotajiem datiem viņi atklāja, ka piecās no septiņām apvienojošajām galaktikām atradās iespējamie dubultie AGN, kurus atdalīja mazāk nekā 10 kiloparseki (vairāk nekā 30 000 gaismas gadu). Par to liecināja WISE sniegtie infrasarkanie dati, kas bija saskaņā ar to, kas tiek prognozēts par strauji augošajiem supermasīvajiem melnajiem caurumiem.
Turklāt Chandra dati parādīja cieši atdalītus rentgenstaru avotu pārus, kas atbilst arī melnajiem caurumiem, kuriem viela lēnām veidojas. Šie infrasarkanie un rentgena dati arī liecināja, ka supermasīvie melnie caurumi tiek aprakti lielā daudzumā putekļu un gāzes. Kā norādīja Elisona, šie atradumi bija cītīga darba rezultāts, kas sastāvēja no šķirošanas, izmantojot vairākus datu viļņu garumus:
“Mūsu darbs parāda, ka infrasarkano staru atlases apvienošana ar rentgena sekošanu ir ļoti efektīvs veids, kā atrast šos melnā cauruma pārus. Rentgenstari un infrasarkanais starojums spēj iekļūt aizsedzošajos gāzes un putekļu mākoņos, kas ieskauj šos melno caurumu pārus, un, lai tos atdalītu, ir nepieciešama Čandras asa redze ”.
Pirms šī pētījuma, pamatojoties uz rentgenstaru pētījumiem, tika apstiprināti mazāk nekā desmit pāri augošu melno caurumu, un tie lielākoties bija nejauši. Tāpēc šis jaunākais darbs, kurā, izmantojot kombinētus datus, tika atklāti pieci melno caurumu pāri, bija gan veiksmīgs, gan nozīmīgs. Papildus tam, ka tiek atbalstīta hipotēze, ka supermasīvi melnie caurumi veidojas no mazāku melno caurumu apvienošanās, šiem pētījumiem ir arī nopietna ietekme uz gravitācijas viļņu izpēti.
"Ir svarīgi saprast, cik bieži sastopami supermasīvie melno caurumu pāri, lai palīdzētu prognozēt signālus gravitācijas viļņu observatorijām," sacīja Satjapa. “Tā kā jau ir veikti eksperimenti, un nākamie būs pieejami tiešsaistē, šis ir aizraujošs laiks, lai izpētītu melno caurumu apvienošanos. Mēs esam jauna laikmeta sākumposmā, lai izpētītu Visumu. ”
Kopš 2016. gada tādi instrumenti kā Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) un VIRGO Observatory ir atklājuši četrus gravitācijas viļņu gadījumus. Tomēr šie atklājumi bija melno caurumu apvienošanās rezultāts, kur visi melnie caurumi bija mazāki un mazāk masīvi - no astoņām līdz 36 Saules masām.
No otras puses, supermasīvie melnie caurumi ir daudz masīvāki un, iespējams, radīs daudz lielāku gravitācijas viļņu parakstu, jo tie turpinās tuvināties. Un dažos simtos miljonu gadu laikā, kad šie pāri galu galā saplūst, iegūtā enerģija, ko rada masa, pārvēršoties gravitācijas viļņos, būs neticami.
Pašlaik tādi detektori kā LIGO un Jaunava nespēj noteikt gravitācijas viļņus, ko rada Supermassive Black Hole pāri. Šo darbu veic masīvi, piemēram, Ziemeļamerikas Nanoherca Gravitācijas viļņu novērošanas centrs (NANOGrav), kas paļaujas uz augstas precizitātes milisekundes impulsiem, lai izmērītu gravitācijas viļņu ietekmi uz telpas laiku.
Paredzams, ka meklēšana palīdzēs arī ierosinātā lāzera interferometra kosmosa antena (LISA), kas būs pirmais šim mērķim izveidotais kosmiskais gravitācijas viļņu detektors. Pa to laiku gravitācijas viļņu izpēte jau ir guvusi ievērojamu labumu no sadarbības centieniem, piemēram, tāda, kāda pastāv starp Advanced LIGO un Advanced Virgo.
Nākotnē zinātnieki arī paredz, ka viņi varēs izpētīt supernovu interjeru, izmantojot gravitācijas viļņu izpēti. Tas, iespējams, daudz atklāj par melnā cauruma veidošanās mehānismiem. Starp visiem šiem notiekošajiem centieniem un nākotnes notikumiem mēs varam sagaidīt, ka mēs “dzirdēsim” daudz vairāk no Visuma un visspēcīgākajiem spēkiem, kas tajā darbojas.
Noteikti apskatiet šo animāciju, kas parāda, kā izskatīsies divu šo melno caurumu pāru apvienošanās, pateicoties Čandras rentgenstaru observatorijai:
