Przejdź do treści

Trzy czarne dziury na kursie kolizyjnym

img

Astronomowie odkryli trzy olbrzymie czarne dziury w tytanicznym zderzeniu trzech galaktyk. Kilka obserwatoriów, w tym Obserwatorium Rentgenowskie Chandra i inne teleskopy kosmiczne, uchwyciło niezwykły układ.

„W tym czasie szukaliśmy tylko par czarnych dziur, a jednak dzięki naszej technice selekcji natknęliśmy się na ten niesamowity układ. To najsilniejszy jak dotąd dowód na istnienie takiego potrójnego układu aktywnego karmienia czarnych dziur” – powiedział Ryan Pfeifle z George Mason University w Fairfax w stanie Wirginia, pierwszy autor artykułu.

Układ jest znany jako SDSS J084905.51+111447.2 (w skrócie SDSS J0849+1114) i znajduje się miliard lat świetlnych od Ziemi. 

Aby odkryć ten rzadki układ potrójny czarnych dziur, badacze musieli połączyć zarówno dane z teleskopów naziemnych jak i kosmicznych. Najpierw teleskop Sloan Digital Sky Survey (SDSS), który skanuje duże obszary nieba w świetle optycznym z Nowego Meksyku, zobrazował SDSS J0849+1114. Z pomocą naukowców społecznych uczestniczących w projekcie o nazwie Galaxy Zoo zostało on następnie oznaczony jako układ zderzających się galaktyk.

Następnie dane z misji WISE ujawniły, że układ intensywnie świecił w świetle podczerwonym podczas fazy łączenia się galaktyk, gdy oczekiwano, że więcej niż jedna z czarnych dziur będzie szybko karmiona. Aby podążać za tymi wskazówkami, astronomowie skorzystali z teleskopu Chandra i Large Binocular Telescope (LBT) w Arizonie.

Dane z Chandra ukazały źródła promieniowania rentgenowskiego – charakterystyczny znak konsumpcji materii przez czarną dziurę – w jasnych jądrach każdej galaktyki podczas zderzenia, dokładnie tam, gdzie naukowcy spodziewali się istnienia supermasywnych czarnych dziur. Satelity Chandra i NuSTAR również znalazły dowody na duże ilości gazu i pyłu wokół jednej z czarnych dziur, typowy dla łączącego się układu tych obiektów.

Tymczasem dane optyczne z SDSS i LBT wykazały charakterystyczne widmowe ślady materii konsumowanej przez trzy supermasywne czarne dziury.

Jednym z powodów, dla których trudno jest znaleźć triplet supermasywnych czarnych dziur, jest to, że prawdopodobnie są one otoczone gazem i pyłem blokującymi większość światła. Obrazy w podczerwieni z WISE, widma w podczerwieni z LBT  i zdjęcia rentgenowskie z Chandra omijają ten problem, ponieważ promieniowanie podczerwone i rentgenowskie przechodzą przez obłoki gazu znacznie łatwiej, niż światło widzialne.

„Dzięki wykorzystaniu dużych obserwatoriów zidentyfikowaliśmy nowy sposób rozpoznawania potrójnych supermasywnych czarnych dziur. Każdy teleskop daje nam inną wskazówkę dotyczącą tego, co dzieje się w tych układach. Mamy nadzieję rozszerzyć naszą pracę, aby znaleźć więcej tripletów przy użyciu tej samej techniki” – powiedział Pfeifle.

„Podwójne i potrójne czarne dziury są niezwykle rzadkie, ale układy takie są w rzeczywistości naturalną konsekwencją zderzenia galaktyk, a naszym zdaniem to sposób, w jaki galaktyki rosną i ewoluują” – powiedziała współautorka, Shobita Satyapal, także z George Mason University.

Trzy łączące się supermasywne czarne dziury zachowują się inaczej, niż dwie. Kiedy trzy czarne dziury oddziałują, para powinna połączyć się w większą czarną dziurę znacznie szybciej, niż gdyby dwie były same. Może to być rozwiązanie teoretycznej zagadki zwanej „final parsec problem”, w którym dwie supermasywne czarne dziury mogą zbliżyć się na dystans kilku lat świetlnych do siebie, ale potrzebowały by dodatkowego przyciągania do wewnątrz, aby się połączyć, ze względu na nadmiar energii, jaką niosą na orbitach. Wpływ trzeciej czarnej dziury, jak w przypadku SDSS J0849+1114, może w końcu je połączyć.

Symulacje komputerowe wykazały, że 16% par supermasywnych czarnych dziur w zderzających się galaktykach będzie oddziaływać z trzecią supermasywną czarną dziurą przed ich połączeniem. Takie połączenia wywołają fale grawitacyjne, które będą miały niższą częstotliwość, niż są w stanie wykryć detektory LIGO i Virgo. Można je jednak wykryć za pomocą obserwacji radiowych pulsarów, a także przyszłych obserwatoriów kosmicznych, takich jak Laser Interferometer Space Antenna (LISA), które będzie wykrywać czarne dziury o masie do miliona mas Słońca.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Found: Three Black Holes On Collision Course

A Triple AGN in a Mid-Infrared Selected Late Stage Galaxy Merger

Źródło: Chandra

Na zdjęciu: Układ trzech supermasywnych czarnych dziur SDSS J084905.51+111447.2 znajdujący się około miliarda lat świetlnych od Ziemi. Źródło: Promieniowanie X: NASA/CXC/George Mason Univ./R. Pfeifle i inni; Optyczne: SDSS & NASA/STScI