science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Gevonden:drie zwarte gaten op ramkoers

Credit:Röntgenfoto:NASA/CXC/George Mason Univ./R. Pfeifle et al.; Optisch:SDSS &NASA/STScI

Astronomen hebben drie gigantische zwarte gaten gespot binnen een titanenbotsing van drie sterrenstelsels. Verschillende observatoria, inclusief het Chandra X-ray Observatory en andere NASA-ruimtetelescopen, veroverde het ongebruikelijke systeem.

"We waren toen alleen op zoek naar paren zwarte gaten, en toch, door onze selectietechniek, stuitten we op dit geweldige systeem, " zei Ryan Pfeifle van de George Mason University in Fairfax, Virginia, de eerste auteur van een nieuw artikel in The Astrofysisch tijdschrift deze resultaten beschrijven. "Dit is het sterkste bewijs dat tot nu toe is gevonden voor zo'n drievoudig systeem van het actief voeden van superzware zwarte gaten."

Het systeem staat bekend als SDSS J084905.51+111447.2 (kortweg SDSS J0849+1114) en bevindt zich op een miljard lichtjaar van de aarde.

Om deze zeldzame zwarte gat trifecta te ontdekken, onderzoekers moesten gegevens van telescopen zowel op de grond als in de ruimte combineren. Eerst, de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) telescoop, die grote delen van de lucht scant in optisch licht uit New Mexico, afgebeeld SDSS J0849+1114. Met de hulp van burgerwetenschappers die deelnemen aan een project genaamd Galaxy Zoo, het werd vervolgens gelabeld als een systeem van botsende sterrenstelsels.

Vervolgens, gegevens van NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) missie onthulden dat het systeem intens gloeide in infrarood licht tijdens een fase in de samensmelting van de melkweg, wanneer verwacht wordt dat meer dan één van de zwarte gaten zich snel zal voeden. Om deze aanwijzingen op te volgen, astronomen wendden zich vervolgens tot Chandra en de Large Binocular Telescope (LBT) in Arizona.

De Chandra-gegevens onthulden röntgenbronnen - een veelbetekenend teken van materiaal dat wordt geconsumeerd door de zwarte gaten - in de heldere centra van elk sterrenstelsel in de fusie, precies waar wetenschappers superzware zwarte gaten verwachten. Chandra en NASA's Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) vonden ook bewijs voor grote hoeveelheden gas en stof rond een van de zwarte gaten, typisch voor een samensmeltend zwart-gatsysteem.

In de tussentijd, optische lichtgegevens van SDSS en LBT toonden karakteristieke spectrale handtekeningen van materiaal dat wordt geconsumeerd door de drie superzware zwarte gaten.

"Optische spectra bevatten een schat aan informatie over een sterrenstelsel, " zei co-auteur Christina Manzano-King van de Universiteit van Californië, Rivieroever. "Ze worden vaak gebruikt om actief opgroeiende superzware zwarte gaten te identificeren en kunnen de impact weerspiegelen die ze hebben op de sterrenstelsels die ze bewonen."

Een van de redenen waarom het moeilijk is om een ​​drietal superzware zwarte gaten te vinden, is dat ze waarschijnlijk zijn gehuld in gas en stof, veel van hun licht blokkeren. De infraroodbeelden van WISE, de infraroodspectra van LBT en de röntgenfoto's van Chandra omzeilen dit probleem, omdat infrarood en röntgenlicht veel gemakkelijker gaswolken doorboren dan optisch licht.

"Door het gebruik van deze grote observatoria, we hebben een nieuwe manier gevonden om driedubbele superzware zwarte gaten te identificeren. Elke telescoop geeft ons een andere aanwijzing over wat er in deze systemen gebeurt, "zei Pfeifle. "We hopen ons werk uit te breiden om meer triples te vinden met dezelfde techniek."

"Dubbele en driedubbele zwarte gaten zijn buitengewoon zeldzaam, " zei co-auteur Shobita Satyapal, ook van George Mason, "maar dergelijke systemen zijn in feite een natuurlijk gevolg van het samensmelten van sterrenstelsels, waarvan we denken dat sterrenstelsels groeien en evolueren."

Drie superzware zwarte gaten die samensmelten gedragen zich anders dan alleen een paar. Als er drie van zulke zwarte gaten met elkaar in wisselwerking staan, een paar zou veel sneller in een groter zwart gat moeten opgaan dan wanneer de twee alleen zouden zijn. Dit kan een oplossing zijn voor een theoretisch raadsel dat het "laatste parsec-probleem" wordt genoemd. " waarin twee superzware zwarte gaten elkaar binnen enkele lichtjaren kunnen naderen, maar zou wat extra naar binnen moeten trekken om samen te smelten vanwege de overtollige energie die ze in hun banen dragen. De invloed van een derde zwart gat, zoals in SDSS J0849+1114, kon ze eindelijk samenbrengen.

Computersimulaties hebben aangetoond dat 16% van de paren superzware zwarte gaten in botsende sterrenstelsels interactie hebben gehad met een derde superzwaar zwart gat voordat ze samensmelten. Dergelijke samensmeltingen zullen rimpelingen veroorzaken door de ruimtetijd die zwaartekrachtgolven worden genoemd. Deze golven zullen lagere frequenties hebben dan de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) en de European Virgo zwaartekrachtgolfdetector van de National Science Foundation kunnen detecteren. Echter, ze kunnen detecteerbaar zijn met radiowaarnemingen van pulsars, evenals toekomstige ruimteobservatoria, zoals de Laser Interferometer Space Antenna (LISA) van de European Space Agency, die zwarte gaten tot een miljoen zonsmassa's zal detecteren.