Astronomi su otkrili udaljeni par titanskih crnih rupa u sudaru.

Masa svake crne rupe je više od 800 milijuna puta veća od mase našeg sunca. Kako se njih dvoje postupno približavaju u spirali smrti, počet će slati gravitacijske valove koji se mreškaju kroz prostorvrijeme. Ovi kozmički valovi pridonijet će još neotkrivenoj pozadinskoj buci gravitacijskih valova iz drugih supermasivnih crnih rupa. Čak i prije sudbinskog sudara, gravitacijski valovi koji proizlaze iz para supermasivnih crnih rupa zasjenit će one koji su prethodno otkriveni spajanjem mnogo manjih crnih rupa i neutronskih zvijezda.

“Sudari između ogromnih galaksija stvaraju neka od najtežih okruženja. ekstremi za koje znamo i koji bi teoretski trebali kulminirati susretom dviju supermasivnih crnih rupa, pa je bilo nevjerojatno uzbudljivo pronaći par crnih rupa tako energičnih i tako blizu jedna drugoj na našim slikama svemirskog teleskopa Hubble," rekao je Andy Goulding, istraživač suradnik u astrofizičkim znanostima Princetona koji je vodeći autor rada objavljenog 10. srpnja u časopisu Astrophysical Journal Letters.

"Binarne supermasivne crne rupe proizvode najviše gravitacijske valove u svemiru", rekao je suotkrivač i ko- autorica autorica Chiara Mingarelli, znanstvenicasuradnik u Centru za računalnu astrofiziku na Institutu Flatiron u New Yorku. Gravitacijski valovi iz parova supermasivnih crnih rupa "milijun su puta veći od onih koje detektira LIGO."

"Kada se ove supermasivne crne rupe spoje, stvorit će crnu rupu stotinama puta veću od središta našoj vlastitoj galaksiji,” rekao je student Kris Pardo, koautor rada.

Dvije supermasivne crne rupe posebno su zanimljive jer su oko 2,5 milijarde svjetlosnih godina udaljene od Zemlje. Kako je promatranje udaljenih objekata u astronomiji poput gledanja u prošlost, njih dvoje pripadaju svemiru 2,5 milijarde godina mlađem od našeg. Slučajno, to je približno isto vrijeme koliko će astronomi procijeniti da će trebati crnim rupama da počnu proizvoditi snažne gravitacijske valove.

U sadašnjem svemiru crne rupe već emitiraju te gravitacijske valove, ali čak i brzinom od svjetlosni valovi neće doći do nas još milijardama godina. Međutim, dvojac je još uvijek koristan. Njihovo bi otkriće moglo pomoći znanstvenicima da procijene koliko obližnjih supermasivnih crnih rupa emitira gravitacijske valove koje bismo mogli otkriti upravo sada.

Otkrivanje pozadine gravitacijskih valova pomoglo bi odgovoriti na neke od najvećih nepoznanicaiz astronomije, poput toga koliko se često galaksije spajaju i spajaju li se parovi supermasivnih crnih rupa ili zapnu li u gotovo beskonačnom valceru jedni oko drugih.

“Velika je neugodnost za astronomiju što ne znati spajaju li se supermasivne crne rupe", rekla je Jenny Greene, profesorica astrofizičkih znanosti na Princetonu i koautorica rada. "Za sve koji se bave fizikom crnih rupa, ovo je nevjerojatno dugotrajna zagonetka koju moramo riješiti."

Supermasivne crne rupe mogu sadržavati milijune ili čak milijarde sunaca u masi. Gotovo sve galaksije, uključujući našu vlastitu Mliječnu stazu, sadrže barem jednog od ovih divova u svojoj jezgri. Kada se galaksije spoje, njihove supermasivne crne rupe susreću se i počinju kružiti jedna oko druge. S vremenom se ova orbita sužava kako plin i zvijezde prolaze između crnih rupa i kradu energiju.

Međutim, kada se supermasivne crne rupe previše približe, ta energija krađe energije praktički prestaje. Neke teorije sugeriraju da se zaustavljaju na udaljenosti od oko 1 parseka (otprilike 3,2 svjetlosne godine). Ovo usporavanje traje gotovo beskonačno i poznato je kao "ultimativni problem parseka". U ovom scenariju, samo vrlo rijetke skupine od tri ili više supermasivnih crnih rupa rezultiraju spajanjem.

astronomi ne mogu samo tražiti stagnirajuće parove, jer mnogo prije nego što su crne rupe odvojene parsekom, one su preblizu da bi razlikovale dva odvojena objekta. Također, ne proizvode jake gravitacijske valove sve dok ne prođu posljednju parsek prepreku i priđu bliže. (Promatrane kakve su bile prije 2,5 milijarde godina, novootkrivene supermasivne crne rupe pojavljuju se udaljene oko 430 parseka.)

Ako krajnji problem parseka nije problem, onda astronomi očekuju da će svemir biti ispunjen buka gravitacijskih valova iz parova supermasivnih crnih rupa u procesu spajanja. "Ta se buka naziva pozadinom gravitacijskih valova i pomalo je poput kaotičnog zbora cvrčaka koji noću cvrče", rekao je Goulding. "Ne možete razlikovati jednog cvrčka od drugog, ali glasnoća buke vam pomaže procijeniti koliko cvrčaka ima."

Ako se dvije supermasivne crne rupe sudare i spoje, sudar će poslati gromoglasni " zviždući zvuk". " što će umanjiti pozadinski zbor - ali nije lak zadatak "čuti" ga.

Upozoravajući gravitacijski valovi generirani spajanjem supermasivnih crnih rupa izvan su frekvencija koje se trenutno mogu uočiti eksperimentima kao što su LIGO i Virgo, koji su detektirali spajanje puno manjih crnih rupa i neutronskih zvijezda. Znanstvenici koji tražeNajjači gravitacijski valovi od sudara supermasivnih crnih rupa oslanjaju se na nizove posebnih zvijezda zvanih pulsari, koji se ponašaju poput metronoma, odašiljući radiovalove ravnomjernim tempom. Ako gravitacijski val u prolazu rasteže ili sabija prostor između Zemlje i pulsara, ritam će biti malo odstupan.

Detektiranje pozadine gravitacijskog vala pomoću jedne od ovih vremenskih matrica pulsara zahtijeva strpljenje i mnogo nadziranih zvijezda. Ritam jednog pulsara može se prekinuti za samo nekoliko stotina nanosekundi tijekom desetljeća. Što je pozadinska buka glasnija, to su vremenski razmaci veći i detekcija je brža.

Goulding, Greene i drugi promatrački astronomi u timu otkrili su dva titana svemirskim teleskopom Hubble. Iako supermasivne crne rupe nisu izravno vidljive kroz optički teleskop kao što je Hubble, okružene su jarkim skupinama sjajnih zvijezda i vrućim plinom koje uvlači snažan gravitacijski potez. Za svoje vrijeme u povijesti, galaksija koja je dom novootkrivenog para supermasivnih crnih rupa "u osnovi je najsjajnija galaksija u svemiru", rekao je Goulding. Nadalje, jezgra galaksije izbacuje dva neobično kolosalna oblaka plina. Kad su uperili Hubblea u njega da otkrije podrijetlonjegove spektakularne oblake plina, istraživači su otkrili da sustav nije sadržavao jednu, već dvije masivne crne rupe.

Promatrački astronomi tada su se udružili s fizičarima gravitacijskih valova Mingarelli i Pardo kako bi protumačili otkriće u kontekstu pozadine gravitacijskih valova . Ovo otkriće pruža sidrišnu točku za procjenu koliko se spajajućih supermasivnih crnih rupa nalazi unutar udaljenosti detekcije od Zemlje. Prethodne procjene temeljile su se na računalnim modelima koliko se često galaksije spajaju, a ne na stvarnim promatranjima parova supermasivnih crnih rupa.

Na temelju podataka, Pardo i Mingarelli predvidjeli su da, u optimističnom scenariju, postoji oko 112 obližnje supermasivne crne rupe koje emitiraju gravitacijske valove. Prva detekcija pozadine gravitacijskih valova spajanja supermasivnih crnih rupa trebala bi se stoga dogoditi unutar sljedećih pet godina. Ako se takva detekcija ne napravi, to bi bio dokaz da bi konačni problem parseka mogao biti nepremostiv. Tim trenutno promatra druge galaksije slične onoj u kojoj se nalazi novootkrivena binarna supermasivna crna rupa. Pronalaženje dodatnih parova pomoći će im da dodatno poboljšaju svoja predviđanja.

“Ovo je prvi primjer bliskog para supermasivnih crnih rupa koji smo pronašli, alimožda postoje dodatne neotkrivene binarne crne rupe," rekao je koautor, profesor Michael Strauss, pomoćni predsjedatelj Odjela za astrofizičke znanosti na Princetonu. "Što više možemo naučiti o populacijama i spajanjima crnih rupa, to ćemo bolje razumjeti proces formiranja galaksija i prirodu pozadine gravitacijskih valova."

IZVOR / Sveučilište Princeton / DOI: 10.3847 /2041-8213/ab2a14