Astronomen hebben een recordoogst van dubbele superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels geïdentificeerd. Deze ontdekking zou astronomen kunnen helpen beter te begrijpen hoe gigantische zwarte gaten groeien en hoe ze de sterkste zwaartekrachtsgolfsignalen in het heelal kunnen produceren.

Het nieuwe bewijs onthult vijf paar superzware zwarte gaten, elk met miljoenen keren de massa van de zon. Deze koppels van zwarte gaten ontstonden toen twee sterrenstelsels op elkaar botsten en met elkaar versmolten. waardoor hun superzware zwarte gaten dicht bij elkaar komen.

De paren van zwarte gaten werden ontdekt door gegevens van een reeks verschillende observatoria te combineren, waaronder NASA's Chandra X-ray Observatory, de Wide-Field Infrared Sky Explorer Survey (WISE), en de op de grond gebaseerde Large Binocular Telescope in Arizona.

"Astronomen vinden in het hele universum enkele superzware zwarte gaten, " zei Shobita Satyapal, van de George Mason University in Fairfax, Virginia, die een van de twee papers leidde waarin deze resultaten werden beschreven. "Maar hoewel we hebben voorspeld dat ze snel groeien als ze met elkaar omgaan, groeiende dubbele superzware zwarte gaten zijn moeilijk te vinden."

Vóór deze studie waren er minder dan tien bevestigde paren van groeiende zwarte gaten bekend uit röntgenonderzoeken, meestal gebaseerd op toevalsdetecties. Om een ​​systematische zoektocht uit te voeren, het team moest zorgvuldig gegevens doorzoeken van telescopen die verschillende golflengten van licht detecteren.

Te beginnen met het Galaxy Zoo-project, onderzoekers gebruikten optische gegevens van de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) om sterrenstelsels te identificeren waar een fusie tussen twee kleinere sterrenstelsels aan de gang was. Van dit stel, ze selecteerden objecten waarvan de afstand tussen de centra van de twee sterrenstelsels in de SDSS-gegevens minder dan 30 is, 000 lichtjaren, en de infraroodkleuren uit WISE-gegevens komen overeen met de voorspellingen voor een snel groeiend superzwaar zwart gat.

Met deze techniek zijn zeven samensmeltende systemen gevonden die ten minste één superzwaar zwart gat bevatten. Omdat sterke röntgenstraling een kenmerk is van groeiende superzware zwarte gaten, Satyapal en haar collega's observeerden deze systemen vervolgens met Chandra. Nauw gescheiden paren röntgenbronnen werden gevonden in vijf systemen, overtuigend bewijs dat ze twee groeiende (of voedende) superzware zwarte gaten bevatten.

Zowel de röntgengegevens van Chandra als de infraroodwaarnemingen suggereren dat de superzware zwarte gaten zijn begraven in grote hoeveelheden stof en gas.

"Ons werk laat zien dat het combineren van de infraroodselectie met röntgenopvolging een zeer effectieve manier is om deze zwarte gatenparen te vinden, " zei Sara Ellison van de Universiteit van Victoria in Canada, die het andere artikel leidde waarin deze resultaten werden beschreven. "Röntgenstralen en infraroodstraling kunnen doordringen in de verduisterende wolken van gas en stof die deze zwarte gatenparen omringen, en scherpe visie Chandra is nodig om ze te scheiden".

Het artikel onder leiding van Ellison gebruikte aanvullende optische gegevens van het Mapping Near Galaxies at Apache Point Observatory (MaNGA)-onderzoek om een ​​van de nieuwe zwarte gatenparen te lokaliseren. Eén lid van dit paar zwarte gaten is bijzonder krachtig, met de hoogste röntgenhelderheid in een zwart-gatpaar dat tot nu toe door Chandra is waargenomen.

Dit werk heeft implicaties voor het ontluikende veld van zwaartekrachtsgolfastrofysica. Terwijl wetenschappers die de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) en de VIRGO-interferometer gebruiken de signalen van samensmeltende zwarte gaten hebben gedetecteerd, deze zwarte gaten waren van de kleinere variëteit met een gewicht tussen ongeveer acht en 36 keer de massa van de zon.

De samensmeltende zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels zijn veel groter. Wanneer deze superzware zwarte gaten nog dichter bij elkaar komen, ze zouden zwaartekrachtgolven moeten gaan produceren. De uiteindelijke fusie van de dubbele superzware zwarte gaten in honderden miljoenen jaren zou een nog groter zwart gat smeden. Dit proces zou een verbazingwekkende hoeveelheid energie produceren wanneer een deel van de massa wordt omgezet in zwaartekrachtsgolven.

"Het is belangrijk om te begrijpen hoe vaak paren van superzware zwarte gaten voorkomen, om te helpen bij het voorspellen van de signalen voor observatoria voor zwaartekrachtgolven, " zei Satyapal. "Met experimenten die al zijn uitgevoerd en toekomstige die online komen, dit is een spannende tijd om onderzoek te doen naar samensmeltende zwarte gaten. We bevinden ons in de vroege stadia van een nieuw tijdperk in het verkennen van het universum."

LIGO/VIRGO is niet in staat om zwaartekrachtsgolven van superzware zwarte gatenparen te detecteren. In plaats daarvan, pulsar-timing-arrays zoals het Noord-Amerikaanse Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) voeren deze zoektocht momenteel uit. In de toekomst, het project Laser Interferometer Space Antenna (LISA) zou ook naar deze zwaartekrachtsgolven kunnen zoeken.

Vier van de dubbele zwarte gat-kandidaten werden gerapporteerd in een paper van Satyapal et al. dat onlangs werd geaccepteerd voor publicatie in The Astrofysisch tijdschrift , en verschijnt online. De andere dubbele kandidaat voor een zwart gat werd gerapporteerd in een paper van Ellison et al., die werd gepubliceerd in het septembernummer van 2017 Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society en verschijnt online.