Найдены три черные дыры на пути к столкновению

Найдены три черные дыры на пути к столкновению

«В то время мы искали только пары черных дыр, но с помощью нашей техники отбора мы наткнулись на эту удивительную систему», — сказал Райан Пфайфл из университета Джорджа Мейсона в Фэйрфаксе, штат Вирджиния, первый автор новой статьи, описывающей эти результаты. «Это самое убедительное доказательство того, что такая тройная система активно питает сверхмассивные черные дыры.»

Система известна как SDSS J084905.51+111447.2 (сокращенно SDSS J0849+1114) и расположена в миллиардах световых лет от Земли.

Для обнаружения этой редкой тройной черной дыры исследователям необходимо было объединить данные телескопов как на земле, так и в космосе. Во-первых, телескоп Sloan Digital Sky Survey (SDSS), который сканирует большие полосы неба в оптическом свете из Нью-Мексико, получил изображение SDSS J0849 + 1114. С помощью гражданских ученых, участвующих в проекте под названием Galaxy Zoo, оно было помечено как система сталкивающихся галактик.

Затем данные широкоугольного инфракрасного исследовательского проекта НАСА (WISE) показали, что система интенсивно светилась в инфракрасном свете во время фазы слияния галактики, когда ожидается быстрое питание более чем одной черной дыры. Затем астрономы обратились к Чандре и Большому бинокулярному телескопу (LBT) в Аризоне, чтобы получить дополнительную информацию по этим подсказкам.

Данные Чандры выявили рентгеновские источники — показательный признак того, что материал потребляется черными дырами — в ярких центрах каждой галактики в слиянии, именно там, где, по мнению ученых, будут находится сверхмассивные черные дыры. Чандра и ядерная спектральная телескопическая сеть НАСА (NuSTAR) также обнаружили доказательства наличия большого количества газа и пыли вокруг одной из черных дыр, что типично для сливающейся системы черных дыр.

В то же время оптические световые данные SDSS и LBT показали характерные спектральные сигнатуры материала, потребляемого тремя сверхмассивными черными дырами.

«Оптические спектры содержат массу информации о галактике», — сказала соавтор Кристина Манзано-Кинг из Калифорнийского университета, Риверсайд. «Они обычно используются для идентификации активно притягивающих сверхмассивных черных дыр и могут отражать их воздействие на галактики, в которых они обитают.»

Одна из причин, по которой трудно найти тройку сверхмассивных черных дыр, заключается в том, что они, вероятно, будут окутаны газом и пылью, блокируя большую часть своего света. Инфракрасные изображения от WISE, инфракрасные спектры от LBT и рентгеновские изображения от Chandra обошли эту проблему, потому что инфракрасные и рентгеновские показатели получить легче, чем оптический свет.

«Используя эти крупные обсерватории, мы определили новый способ идентификации тройных сверхмассивных черных дыр. Каждый телескоп дает нам разные представления о том, что происходит в этих системах», — сказал Пфайфл. «Мы надеемся расширить нашу работу, чтобы найти больше троек, используя ту же самую технику.»

«Двойные и тройные черные дыры чрезвычайно редки, — говорит соавтор Шобита Сатьяпал — но на самом деле такие системы являются естественным следствием слияния галактик, и мы считаем, что именно так галактики растут и развиваются».

Три сверхмассивные черные дыры, сливающиеся воедино, ведут себя иначе, чем просто пара. Когда взаимодействуют три такие черные дыры, пара должна слиться в большую черную дыру намного быстрее, чем если бы они были одни. Это может быть решением теоретической головоломки под названием «последняя задача парсека», в которой две сверхмассивные черные дыры могут приблизиться друг к другу в течение нескольких световых лет, но потребуются некоторые дополнительные усилия для слияния из-за избыточной энергии, которую они несут на своих орбитах. Влияние третьей черной дыры, как в SDSS J0849+1114, могло бы, наконец, свести их вместе.

Компьютерное моделирование показало, что 16% пар сверхмассивных черных дыр в сталкивающихся галактиках будут взаимодействовать с третьей сверхмассивной черной дырой до их слияния. Такие слияния вызовут пульсации через пространство-время, называемые гравитационными волнами. Эти волны будут иметь более низкие частоты, чем может обнаружить лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория Национального научного фонда (LIGO) и европейский детектор гравитационно-волновых волн «Дева». Однако их можно обнаружить с помощью радионаблюдения пульсаров, а также с помощью будущих космических обсерваторий, таких как антенна лазерного интерферометра Европейского космического агентства (LISA), которая будет обнаруживать черные дыры массой до одного миллиона солнечных масс.

Популярные материалы