Desetljećima su astronomi znali da se supermasivne crne rupe (SMBH) nalaze u središtu najmasivnijih galaksija. Ove crne rupe, koje se kreću od stotina tisuća do milijardi sunčevih masa, imaju snažan utjecaj na okolnu materiju i vjeruje se da su uzrok aktivne galaktičke nukleije (AGN). Sve dok astronomi znaju za njih, oni su pokušavali shvatiti kako se SMBH formiraju i razvijaju.
U dvije nedavno objavljene studije dva međunarodna tima istraživača izvještavaju o otkriću pet novootkrivenih parova crnih rupa u središtima udaljenih galaksija. Ovo otkriće moglo bi pomoći astronomima da bace novo svjetlo na to kako se SMBH formiraju i rastu s vremenom, a da ne spominjemo kako spajanja crnih rupa proizvode najjače gravitacijske valove u Svemiru.
Prva četiri kandidata s dvostrukom crnom rupom prijavljena su u studiji pod naslovom „Pokopani AGN-ovi u naprednim spajanjima: odabir infracrvenog infracrvenog boje kao dvostruki pronalazač AGN-a“, koju je vodila Shobita Satyapal, profesor astrofizike na sveučilištu George Mason. Ova je studija prihvaćena za objavljivanje u The Astrophysical Journal a nedavno su se pojavili na mreži.
Drugo istraživanje, koje je prijavilo petog kandidata za dvostruku crnu rupu, vodila je Sarah Ellison - profesorica astrofizike na Sveučilištu Victoria. Nedavno je objavljen u Mjesečne obavijesti Kraljevskog astronomskog društva pod naslovom "Otkrivanje dualnog galaktičkog nukleusa sa razdvajanjem ~ 8 kpc". Otkriće ovih pet parova crnih rupa bilo je vrlo sretno s obzirom na to da su parovi vrlo rijedak nalaz.
Kao što je Shobita Satyapal objasnila u izjavi za Chandra:
„Astronomi pronalaze pojedinačne supermasivne crne rupe po cijelom svemiru. No iako smo predvidjeli da će brzo rasti tijekom međusobnog komuniciranja, teško je pronaći rastuće dvostruke supermasivne crne rupe.“
Parovi crne rupe otkriveni su kombiniranjem podataka s različitih različitih prizemnih i svemirskih instrumenata. Ovo uključuje optičke podatke iz Sloan Digital Sky Survey (SDSS) i zemaljskog velikog dvoglednog teleskopa (LBT) u Arizoni s blizu infracrvenim podacima iz širokopojasnog infracrvenog istraživača (WISE) i rendgenske podatke iz NASA Chandra X-ray opservatorij.
Radi studija, Satyapal, Ellison i njihovi timovi nastojali su otkriti dvojne AGN-ove, za koje se vjeruje da su posljedica galaktičkih spajanja. Počeli su savjetovanjem optičkih podataka iz SDSS-a radi identificiranja galaksija za koje se činilo da su u procesu spajanja. Podaci iz svestranog istraživanja WISE-a zatim su korišteni za identificiranje galaksija koje su prikazale najsnažnije AGN-ove.
Zatim su pregledali podatke Chandra-inog naprednog CCD slikovnog spektrometra (ACIS) i LBT-a kako bi identificirali sedam galaksija za koje se činilo da su u naprednoj fazi spajanja. Studija koju je vodio Ellison također se oslanjala na optičke podatke dobivene istraživanjem Mapiranja obližnjih galaksija u opservatoriju Apache Point Observatory (MaNGA) kako bi utvrdio jedan od novih parova crnih rupa.
Iz kombiniranih podataka utvrdili su da je pet od sedam spajajućih galaksija smjestilo moguće dvostruke AGN-e, koji su bili razdvojeni s manje od 10 kiloparseka (preko 30 000 svjetlosnih godina). O tome su svjedočili infracrveni podaci koje je dao WISE, a koji su bili u skladu s onim što je predodređeno za brzorastuće supermasivne crne rupe.
Pored toga, podaci Chandra pokazali su usko razdvojene parove izvora rendgenskih zraka, što je također u skladu s crnim rupama koje se na njih polako prikupljaju. Ti infracrveni i rendgenski podaci također su sugerirali da su supermasivne crne rupe zakopane u velikim količinama prašine i plina. Kao što je Ellison naznačio, ti su nalazi rezultat mukotrpnog rada koji se sastojao od sortiranja podataka po više valnih duljina:
„Naš rad pokazuje da je kombiniranje infracrvenog odabira s praćenjem rendgenskih zraka vrlo učinkovit način pronalaska ovih parova crnih rupa. X-zrake i infracrveno zračenje mogu prodrijeti u opskurni oblaci plina i prašine koji okružuju ove parove crnih rupa, a Chandra je potreban oštar vid kako bi ih razdvojio. "
Prije ove studije, na temelju rendgenskih studija potvrđeno je manje od deset pari rastućih crnih rupa i to uglavnom slučajno. Ovaj najnoviji rad, koji je otkrio pet parova crnih rupa pomoću kombiniranih podataka, bio je, dakle, i sretan i značajan. Osim što su podupirali hipotezu da supermasivne crne rupe nastaju spajanjem manjih crnih rupa, ove studije također imaju ozbiljne implikacije na istraživanje gravitacijskih valova.
„Važno je razumjeti koliko su uobičajeni supermasivni parovi crnih rupa kako bi se pomoglo u predviđanju signala za opservatoriju gravitacijskog vala“, rekao je Satyapa. „S eksperimentima koji su već u tijeku i budućim eksperimentima, ovo je uzbudljivo vrijeme za istraživanje spajanja crnih rupa. U ranom smo stadiju nove ere u istraživanju svemira. "
Od 2016. godine, ukupno su četiri slučaja gravitacijskog vala otkriveni instrumentima poput Laser Interferometer Gravitacijski-valni opservatorij (LIGO) i Opservatorij VIRGO. Međutim, ta su otkrića bila rezultat spajanja crnih rupa gdje su crne rupe bile sve manje i manje masivne - između osam i 36 solarnih masa.
S druge strane, supermasivne crne rupe znatno su masovnije i vjerojatno će proizvesti mnogo veći gravitacijski potpis valova dok se i dalje zbližavaju. I za nekoliko stotina milijuna godina, kada se ti parovi na kraju spajaju, rezultirajuća energija stvorena masom koja se pretvara u gravitacijske valove bit će nevjerojatna.
Trenutno detektori poput LIGO-a i Djevice nisu u stanju otkriti gravitacijske valove koje stvaraju parovi Supermassive Black Hole. Taj posao izvode nizovi poput Sjevernoameričkog opservatorija za gravitacijske valove Nanohertz (NANOGrav), koji se oslanjaju na visoko precizne milisekundne pulsere za mjerenje utjecaja gravitacijskih valova na prostor-vrijeme.
Očekuje se da će i predložena laserska interferometrska svemirska antena (LISA), koja će biti prvi namjenski svemirski gravitacijski detektor, također pomoći u potrazi. U međuvremenu, istraživanje gravitacijskog vala već je imalo koristi od suradničkih napora poput onog koji postoji između naprednog LIGO-a i napredne Djevice.
U budućnosti znanstvenici također predviđaju da će moći proučavati unutrašnjost supernova pomoću istraživanja gravitacijskog vala. To će vjerojatno otkriti mnogo o mehanizmima iza stvaranja crnih rupa. Između svih ovih tekućih napora i budućeg razvoja, možemo očekivati da ćemo „čuti“ mnogo više Svemira i najmoćnijih sila koje djeluju u njemu.
Obavezno pogledajte ovu animaciju koja pokazuje kako će izgledati eventualno spajanje ova dva para crnih rupa, ljubaznošću rentgenskog opservatorija Chandra:
