Ahli astronomi telah melihat tiga lubang hitam supermasif (SMBH) di pusat tiga galaksi bertembung satu miliar tahun cahaya dari Bumi. Ini adalah bukti bahawa ketiga-tiganya juga merupakan inti galaksi aktif (AGN,) yang meletupkan bahan dan menyala dengan terang.
Penemuan ini dapat memberi sedikit gambaran mengenai "masalah parsec terakhir," isu lama dalam astrofizik dan penggabungan lubang hitam.
Ahli astronomi menemui ketiga-tiga SMBH dalam data dari pelbagai teleskop, termasuk Sloan Digital Sky Survey (SDSS,) Chandra X-ray Observatory, dan Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE.) Tiga lubang hitam itu dibungkus dalam hampir peristiwa epik yang tidak dapat dibayangkan; penggabungan tiga galaksi. Penggabungan triplet ini mungkin memainkan peranan penting dalam bagaimana lubang hitam paling besar tumbuh dari masa ke masa.
"Ini adalah bukti terkuat yang ditemui untuk sistem tiga kali ganda yang memberi makan lubang hitam supermasif secara aktif."
Ryan Pfeifle, Universiti George Mason, Pengarang Utama.
Ahli astronomi yang menjumpainya tidak menyangka akan menemui tiga lubang hitam di tengah penggabungan tiga galaksi.
"Kami hanya mencari pasangan lubang hitam pada masa itu, namun, melalui teknik pemilihan kami, kami menemui sistem yang menakjubkan ini," kata Ryan Pfeifle dari Universiti George Mason di Fairfax, Virginia, pengarang pertama makalah baru di Jurnal Astrofizik yang menerangkan hasil ini. "Ini adalah bukti terkuat yang ditemui untuk sistem tiga kali ganda yang memberi makan lubang hitam supermasif secara aktif."
Sistem lubang hitam tiga sukar dilihat kerana terdapat banyak perkara yang berlaku di kawasan mereka. Mereka diselimuti oleh gas dan debu yang menjadikannya sukar untuk dilihat. Dalam kajian ini, diperlukan beberapa teleskop yang beroperasi di berbagai bahagian spektrum elektromagnetik untuk membongkar ketiga-tiga lubang tersebut. Ia juga mengambil kerja beberapa saintis warganegara.
Mereka bukan sahaja sukar dilihat, tetapi jarang berlaku. "Lubang hitam dua dan tiga sangat jarang berlaku," kata pengarang bersama Shobita Satyapal, juga George Mason, "tetapi sistem seperti itu sebenarnya merupakan akibat semula jadi dari penggabungan galaksi, yang menurut kami adalah bagaimana galaksi tumbuh dan berkembang."
SDSS adalah yang pertama melihat penggabungan tiga kali ini dalam cahaya yang dapat dilihat, tetapi hanya melalui Galaxy Zoo, sebuah projek sains warga, ia dikenal pasti sebagai sistem galaksi bertembung. Kemudian WISE melihat bahawa sistem itu bersinar di inframerah, menunjukkan bahawa ia berada dalam fasa penggabungan galaksi ketika lebih dari satu lubang hitam diharapkan dapat memberi makan.
Data Sloan dan WISE hanyalah petunjuk yang menggoda, dan para astronom beralih ke Observatorium Chandra dan Teleskop Binokular Besar (LBT) untuk pengesahan lebih lanjut. Pemerhatian Chandra menunjukkan bahawa terdapat sumber sinar-x terang di pusat setiap galaksi. Di situlah para saintis mengharapkan untuk mencari SMBH.
Lebih banyak bukti menunjukkan bahawa SMBH di sana tiba dari satelit Chandra dan Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) satelit. Mereka menemui bukti sejumlah besar gas dan habuk berhampiran salah satu lubang hitam. Itu dijangka apabila lubang hitam bergabung. Data cahaya optik lain dari SDSS dan LBT memberikan bukti spektrum yang merupakan ciri tiga pemberian makan SMBH.
"Spektrum optik mengandungi banyak maklumat tentang galaksi," kata pengarang bersama Christina Manzano-King dari University of California, Riverside. "Mereka biasanya digunakan untuk mengenali lubang hitam supermasif yang aktif dan dapat mencerminkan kesannya terhadap galaksi yang mereka tinggali."
Dengan karya ini, pasukan ahli astronomi telah mengembangkan kaedah untuk mencari lebih banyak sistem lubang hitam tiga kali ini. "Melalui penggunaan observatorium utama ini, kami telah mengenal pasti cara baru untuk mengenal pasti lubang hitam supermasif tiga kali lipat. Setiap teleskop memberi kita petunjuk yang berbeza tentang apa yang sedang terjadi dalam sistem ini, "kata Pfeifle. "Kami berharap dapat memperluas pekerjaan kami untuk mencari lebih banyak tiga kali lipat menggunakan teknik yang sama."
Mereka mungkin juga memberi penerangan mengenai masalah parsec terakhir.
Masalah Parsec Akhir
Masalah parsec terakhir adalah inti dari pemahaman kita mengenai penggabungan lubang hitam binari. Masalah teori ialah apabila dua lubang hitam saling menghampiri, tenaga orbit yang berlebihan menghalangnya daripada bergabung. Mereka dapat sampai dalam beberapa tahun cahaya, kemudian proses penggabungan terhenti.
Apabila dua lubang hitam mula-mula menghampiri satu sama lain, lintasan hiperboliknya membawanya tepat melewati satu sama lain. Seiring berjalannya waktu, ketika kedua lubang itu berinteraksi dengan bintang di sekitarnya, mereka melemparkan bintang secara gravitasi, memindahkan sebahagian tenaga orbitnya ke bintang setiap kali mereka melakukannya. Pelepasan gelombang graviti juga mengurangkan tenaga lubang hitam.
Akhirnya kedua-dua lubang hitam menumpahkan tenaga orbital yang cukup untuk melambatkan dan mendekati satu sama lain dengan lebih dekat, dan hanya dapat mencapai beberapa keping satu sama lain. Masalahnya adalah, ketika mereka menutup jarak, semakin banyak masalah dikeluarkan dari kawasan mereka melalui sling-shoting. Ini bermakna tidak ada masalah untuk lubang hitam berinteraksi dengan dan menumpahkan lebih banyak tenaga orbit. Pada ketika itu, proses penggabungan terhenti. Atau semestinya.
Namun ahli astrofizik tahu bahawa lubang hitam bergabung kerana mereka telah menyaksikan gelombang graviti yang kuat. Sebenarnya, LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) menemui penggabungan lubang hitam sekitar seminggu sekali. Bagaimana mereka bergabung antara satu sama lain pada akhirnya disebut masalah parsec terakhir.
Pasukan di belakang kajian ini berpendapat bahawa mereka mungkin mempunyai jawapan. Mereka berpendapat bahawa lubang hitam ketiga, seperti yang mereka amati dalam sistem ini, dapat memberikan dorongan yang diperlukan untuk mendapatkan dua lubang untuk bergabung. Ketika sepasang lubang hitam dalam sistem trinari saling mendekat, lubang ketiga dapat mempengaruhi mereka untuk menutup parsec terakhir dan bergabung.
Menurut simulasi komputer, kira-kira 16% pasang lubang hitam supermasif pada galaksi bertembung akan berinteraksi dengan lubang hitam supermasif ketiga sebelum bergabung. Penggabungan tersebut akan menghasilkan gelombang graviti, tetapi masalahnya ialah gelombang tersebut frekuensi terlalu rendah untuk dikesan LIGO atau balai cerap VIRGO.
Untuk mengesannya, saintis mungkin harus bergantung pada pemerhatian masa depan seperti LISA, Antena Angkasa Laser Interferometer ESA / NASA. LISA akan melihat gelombang graviti frekuensi yang lebih rendah daripada LIGO atau VIRGO dan dilengkapi dengan lebih baik untuk mencari penggabungan lubang hitam super besar.
Makalah yang membentangkan hasil ini berjudul "A Triple AGN in a Mid-Infrared Selected Late Stage Galaxy Merger."
Lagi:
- Siaran Akhbar: Found: Three Holes Black On Collision Course
- Kertas Penyelidikan: AGN Triple dalam Penggabungan Galaxy Tahap Akhir Terpilih Mid-Inframerah
- Wikipedia: Masalah Parsec Akhir
- LISA: Antena Ruang Interferometer Laser
