Selama beberapa dekad, ahli astronomi telah mengetahui bahawa Lubang Hitam Supermasif (SMBH) berada di pusat galaksi paling besar. Lubang-lubang hitam ini, yang terdiri dari beratus-ratus ribu hingga berbilion-bilion jisim Suria, memberikan pengaruh yang kuat terhadap bahan di sekitarnya dan dipercayai penyebab Nukleus Galaktik Aktif (AGN). Selama para astronom mengetahui tentang mereka, mereka telah berusaha untuk memahami bagaimana SMBH terbentuk dan berkembang.
Dalam dua kajian yang baru diterbitkan, dua pasukan penyelidik antarabangsa melaporkan penemuan lima pasang lubang hitam yang baru ditemui di pusat galaksi yang jauh. Penemuan ini dapat membantu para astronom memberi penerangan baru tentang bagaimana SMBH terbentuk dan berkembang dari masa ke masa, belum lagi bagaimana penggabungan lubang hitam menghasilkan gelombang graviti terkuat di Alam Semesta.
Empat calon lubang hitam ganda pertama dilaporkan dalam sebuah kajian yang bertajuk "Buried AGNs in Advanced Mergers: Mid-Infrared Color Selection as a Dual AGN Finder", yang dipimpin oleh Shobita Satyapal, seorang profesor astrofizik di George Mason University. Kajian ini diterima untuk diterbitkan di Jurnal Astrofizik dan baru-baru ini muncul dalam talian.
Kajian kedua, yang melaporkan calon lubang hitam ganda kelima, diketuai oleh Sarah Ellison - seorang profesor astrofizik di University of Victoria. Baru-baru ini diterbitkan di Makluman Bulanan Persatuan Astronomi Diraja di bawah tajuk "Penemuan Nukleus Galaksi Aktif Ganda dengan Pemisahan ~ 8 kpc". Penemuan lima pasang lubang hitam ini sangat kebetulan, memandangkan pasangan itu sangat jarang ditemui.
Seperti yang dijelaskan oleh Shobita Satyapal dalam kenyataan akhbar Chandra:
"Ahli astronomi menemui lubang hitam supermasif tunggal di seluruh jagat raya. Tetapi walaupun kami telah meramalkan mereka tumbuh dengan cepat ketika mereka berinteraksi, lubang hitam supermasif yang berkembang sukar ditemui.“
Pasangan lubang hitam ditemui dengan menggabungkan data dari sejumlah instrumen darat dan ruang yang berbeza. Ini termasuk data optik dari Sloan Digital Sky Survey (SDSS) dan Teleskop Binokular Besar (LBT) darat di Arizona dengan data inframerah dekat dari Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) dan data x-ray dari NASA's Chandra Balai Cerap sinar-X.
Demi kajian mereka, Satyapal, Ellison, dan pasukan masing-masing berusaha untuk mengesan dua AGN, yang dipercayai akibat penggabungan galaksi. Mereka bermula dengan merujuk data optik dari SDSS untuk mengenal pasti galaksi yang nampaknya sedang dalam proses penggabungan. Data dari tinjauan WISE seluruh langit kemudian digunakan untuk mengenal pasti galaksi-galaksi yang menunjukkan AGN yang paling kuat.
Mereka kemudian meneliti data dari Chandra's Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) dan LBT untuk mengenal pasti tujuh galaksi yang nampaknya sedang dalam tahap penggabungan. Kajian yang diketuai oleh Ellison juga bergantung pada data optik yang disediakan oleh tinjauan Mapping Nearby Galaxies di Apache Point Observatory (MaNGA) untuk menentukan salah satu pasangan lubang hitam yang baru.
Dari data gabungan, mereka mendapati bahawa lima dari tujuh galaksi penggabungan menganjurkan kemungkinan dua AGN, yang dipisahkan oleh kurang dari 10 kiloparsecs (lebih dari 30,000 tahun cahaya). Ini dibuktikan dengan data inframerah yang disediakan oleh WISE, yang sesuai dengan apa yang diduga dari lubang hitam supermasif yang berkembang pesat.
Di samping itu, data Chandra menunjukkan pasangan sumber sinar-X yang terpisah, yang juga konsisten dengan lubang hitam yang secara perlahan-lahan bertambah. Data inframerah dan sinar-X ini juga menunjukkan bahawa lubang hitam supermasif terkubur dalam jumlah besar debu dan gas. Seperti yang ditunjukkan oleh Ellison, penemuan ini adalah hasil kerja keras yang terdiri daripada menyusun beberapa panjang gelombang data:
"Hasil kerja kami menunjukkan bahawa menggabungkan pilihan inframerah dengan tindak lanjut sinar-X adalah cara yang sangat berkesan untuk mencari pasangan lubang hitam ini. Sinar-X dan sinaran inframerah dapat menembus awan gas dan debu yang kabur yang mengelilingi pasangan lubang hitam ini, dan penglihatan tajam Chandra diperlukan untuk memisahkannya ”.
Sebelum kajian ini, kurang dari sepuluh pasang lubang hitam yang tumbuh telah disahkan berdasarkan kajian sinar-X, dan ini kebanyakan secara kebetulan. Karya terbaru ini, yang mengesan lima pasang lubang hitam menggunakan data gabungan, oleh itu bernasib baik dan signifikan. Selain menyokong hipotesis bahawa lubang hitam supermasif terbentuk dari penggabungan lubang hitam yang lebih kecil, kajian ini juga mempunyai implikasi serius untuk penyelidikan gelombang graviti.
"Penting untuk memahami seberapa besar pasangan lubang hitam supermasif, untuk membantu dalam meramalkan isyarat untuk pemerhatian gelombang graviti," kata Satyapa. "Dengan eksperimen yang sudah ada dan percubaan yang akan datang dalam talian, ini adalah masa yang menarik untuk meneliti penggabungan lubang hitam. Kami berada di tahap awal era baru dalam menjelajahi alam semesta. "
Sejak 2016, sebanyak empat kejadian gelombang graviti telah dikesan oleh instrumen seperti Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) dan VIRGO Observatory. Walau bagaimanapun, pengesanan ini adalah hasil penggabungan lubang hitam di mana lubang hitam semuanya lebih kecil dan kurang besar - antara lapan dan 36 jisim Solar.
Lubang Hitam Supermasif, sebaliknya, jauh lebih besar dan kemungkinan akan menghasilkan tanda gelombang graviti yang jauh lebih besar ketika mereka terus mendekat. Dan dalam beberapa ratus juta tahun, apabila pasangan ini akhirnya bergabung, tenaga yang dihasilkan oleh jisim yang diubah menjadi gelombang graviti akan menjadi luar biasa.
Pada masa ini, pengesan seperti LIGO dan Virgo tidak dapat mengesan gelombang graviti yang dibuat oleh pasangan Supermassive Black Hole. Kerja ini dilakukan oleh tatasusunan seperti Balai Cerap Nanohertz Amerika Utara untuk Gelombang Graviti (NANOGrav), yang bergantung pada pulsar milisaat berketepatan tinggi untuk mengukur pengaruh gelombang graviti pada ruang-waktu.
Antena Ruang Interferometer Laser (LISA) yang dicadangkan, yang akan menjadi pengesan gelombang graviti berasaskan ruang khusus pertama, juga diharapkan dapat membantu dalam pencarian. Sementara itu, penyelidikan gelombang graviti telah mendapat banyak manfaat dari usaha kolaborasi seperti yang ada antara Advanced LIGO dan Advanced Virgo.
Pada masa akan datang, saintis juga menjangkakan bahawa mereka akan dapat mempelajari bahagian dalam supernova melalui penyelidikan gelombang graviti. Ini mungkin akan menunjukkan banyak mengenai mekanisme di sebalik pembentukan lubang hitam. Di antara semua usaha berterusan ini dan perkembangan masa depan, kita dapat mengharapkan untuk "mendengar" lebih banyak lagi alam semesta dan kekuatan paling kuat yang bekerja di dalamnya.
Pastikan untuk melihat animasi ini yang menunjukkan bagaimana penggabungan akhirnya dua pasangan lubang hitam ini, berdasarkan Chandra X-ray Observatory:
