Astronoomid on aastakümneid teadnud, et ülimassiivsed mustad augud (SMBH) asuvad kõige massiivsemate galaktikate keskmes. Need mustad augud, mis ulatuvad sadadest tuhandetest kuni miljarditeni päikeseenergias, mõjutavad ümbritsevat ainet tugevalt ja arvatakse, et need on aktiivsete galaktiliste tuumade (AGN) põhjustajad. Nii kaua kui astronoomid on neist teadnud, on nad püüdnud mõista, kuidas SMBH-d moodustuvad ja arenevad.
Kahes hiljuti avaldatud uuringus teatasid kaks rahvusvahelist teadlaste meeskonda viie hiljuti avastatud musta augu paari avastamisest kaugete galaktikate keskmetes. See avastus võiks aidata astronoomidel heita uut valgust sellele, kuidas SMBH-d aja jooksul tekivad ja kasvavad, rääkimata sellest, kuidas musta augu ühinemised tekitavad Universumi tugevaimaid gravitatsioonilaineid.
Esimesed neli kahe musta augu kandidaati kirjeldati uuringus pealkirjaga “Buried AGNs in Advanced Mergers: Mid-Infrared Color Selection as Dual AGN Finder”, mida juhtis George Masoni ülikooli astrofüüsika professor Shobita Satyapal. See uuring võeti vastu avaldamiseks 2006 Astrofüüsikaline ajakiri ja ilmus hiljuti veebis.
Teist uuringut, milles teatati viiendast kahe musta augu kandidaadist, juhtis Victoria ülikooli astrofüüsikaprofessor Sarah Ellison. See avaldati hiljuti ajakirjas Kuningliku Astronoomiaühingu igakuised teated pealkirja all “Kahe aktiivse galaktilise tuuma avastamine ~ 8 kpc eraldusega”. Nende viie musta augu paari leidmine oli väga õnnelik, arvestades, et paarid on väga harv leid.
Nagu Shobita Satyapal Chandra pressiteates selgitas:
“Astronoomid leiavad kogu universumis üksikuid ülimaitsvaid mustaid auke. Kuid isegi kui me ennustasime, et need kasvavad koostoimimisel kiiresti, on raske leida kahesuunalisi supermassiivseid mustaid auke.“
Musta augu paarid avastati, ühendades paljude erinevate maapealsete ja kosmosepõhiste instrumentide andmed. See hõlmas Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ja maapealse suure binokulaarse teleskoobi (LBT) optilisi andmeid Arizonas koos lähi-infrapuna andmetega laiekraanide infrapuna-uuringu uurijalt (WISE) ja röntgeniandmeid NASA Chandrast. Röntgenvaatluskeskus.
Uuringute huvides püüdsid Satyapal, Ellison ja nende vastavad meeskonnad tuvastada kahesuguseid AGN-sid, mis arvatakse olevat galaktiliste ühinemiste tagajärg. Nad alustasid SDSS-i optiliste andmete otsimisega galaktikate tuvastamiseks, mis näisid olevat ühinemise protsessis. Seejärel kasutati kogu taeva WISE uuringu andmeid nende galaktikate tuvastamiseks, millel olid kõige võimsamad AGN-id.
Seejärel otsisid nad seitsme galaktika tuvastamiseks, mis näisid olevat ühinemise lõppjärgus, Chandra Advanced CCD Imaging Spektromeetri (ACIS) ja LBT andmeid. Ellisoni juhitud uuring tugines ka ühe uue musta augu paari täpsustamiseks Apache Pointi vaatluskeskuse (MaNGA) uuringu Mapping Lähedaste galaktikate kaardistamise optilistele andmetele.
Kombineeritud andmete põhjal leidsid nad, et seitsmest ühinevast galaktikast viis võõrustasid võimalikke kahesuguseid AGN-e, mida eraldas vähem kui 10 kiloparsekki (üle 30 000 valgusaasta). Seda näitasid WISE edastatud infrapunaandmed, mis olid kooskõlas sellega, mida ennustatakse kiiresti kasvavatele supermassiivsetele mustadele aukudele.
Lisaks näitasid Chandra andmed tihedalt üksteisest eraldatud röntgenikiirgusallikaid, mis on kooskõlas ka mustade aukudega, mille mateeria akreteerub neile aeglaselt. Need infrapuna- ja röntgenikiirguse andmed näitasid ka seda, et ülimassiivsed mustad augud on maetud suures koguses tolmu ja gaasi. Nagu Ellison märkis, olid need avastused vaevarikka töö tulemus, mis seisnes andmete sortimises mitme lainepikkuse kaudu:
„Meie töö näitab, et infrapunavaliku ühendamine röntgenikiirgusega on väga tõhus viis nende musta augu paaride leidmiseks. Röntgenikiirgus ja infrapunakiirgus suudavad tungida neid musta auguga paare ümbritsevatesse varjavatesse gaasi- ja tolmupilvedesse ning nende eraldamiseks on vaja Chandra teravat nägemist “.
Enne seda uuringut oli röntgenuuringute põhjal kinnitatud vähem kui kümme paari kasvavaid mustaid auke ja need olid enamasti juhuslikud. Viimane töö, mis tuvastas kombineeritud andmete abil viis musta auku paari, oli seega nii õnnelik kui ka märkimisväärne. Lisaks hüpoteesi tugevdamisele, mille kohaselt moodustuvad supermassiivsed mustad augud väiksemate mustade aukude ühinemisel, on ka nendel uuringutel tõsine mõju gravitatsiooniliste lainete uurimisele.
"Oluline on mõista, kui levinud on supermassiivsed musta augu paarid, et aidata gravitatsioonilise laine vaatluskeskuste signaale ennustada," ütles Satyapa. „Kuna juba tehtud katsed ja tulevased katsetused tulevad Internetti, on see põnev aeg uurida mustade aukude ühendamist. Oleme universumi uurimisel uue ajastu algusjärgus. ”
Alates 2016. aastast on sellised seadmed nagu Laserinterferomeetri gravitatsiooniliste lainete vaatluskeskus (LIGO) ja VIRGO vaatluskeskus tuvastanud kokku neli gravitatsioonilainete juhtumit. Need avastused olid aga musta augu ühinemiste tulemus, kus mustad augud olid kõik väiksemad ja vähem massiivsed - kaheksa kuni 36 päikeseenergia vahel.
Supermassiivsed mustad augud on seevastu palju massiivsemad ja tekitavad tõenäoliselt palju suuremat gravitatsioonilise laine signatuuri, kui nad üksteisele lähemale tõmbuvad. Ja mõnesaja miljoni aasta jooksul, kui need paarid lõpuks sulanduvad, on massi toodetav energia, mis muundatakse gravitatsioonilaineteks, uskumatu.
Praegu ei suuda detektorid, nagu LIGO ja Neitsi, tuvastada gravitatsioonilisi laineid, mille tekitavad Supermassive Black Hole paarid. Seda tööd teevad sellised massiivid nagu Põhja-Ameerika Nanohertzi gravitatsiooniliste lainete vaatluskeskus (NANOGrav), mis tugineb gravitatsioonlainete mõju mõõtmiseks ruumalale ülitäpsetele millisekundilistele impulssidele.
Kavandatav kavandatud laserinterferomeetri kosmoseantenn (LISA), mis on esimene spetsiaalne kosmosepõhine gravitatsioonilise laine detektor, aitab ka otsingutest. Vahepeal on gravitatsioonilainete uuringutest juba tohutult kasu olnud sellistest ühistest pingutustest nagu Advanced LIGO ja Advanced Virgo vahel.
Edaspidi loodavad teadlased ka seda, et nad saavad gravitatsioonlaineuuringute abil uurida supernoovade interjööre. Tõenäoliselt paljastab see palju aukude tekke taga olevate mehhanismide kohta. Kõigi nende jätkuvate jõupingutuste ja edaspidiste arengute vahel võime oodata, et „kuuleme” palju rohkem Universumit ja selle sees töötavaid kõige võimsamaid jõude.
Vaadake kindlasti seda animatsiooni, mis näitab, kuidas nende kahe musta augu paari võimalik liitmine Chandra röntgenikiirguse vaatluskeskuse viisakusel välja näeb:
