Астрономы обнаружили три гигантские черные дыры в стадии колоссального столкновения. Несколько обсерваторий, в том числе рентгеновская обсерватория Чандра и другие космические телескопы НАСА, обнаружили необычную систему.
«В то время мы искали только пары черных дыр и тем не менее, благодаря нашей методике отбора мы наткнулись на эту удивительную систему», — сказал Райан Пфайфл из Университета Джорджа Мейсона в Фэрфаксе, штат Вирджиния, первый автор новой статьи в Astrophysical Journal, описывающая эти результаты. «Это самое убедительное доказательство — найдена тройная система сверхмассивных черных дыр».
Система известна как SDSS J084905.51 + 111447.2 (сокращенно SDSS J0849 + 1114) и расположена в миллиарде световых лет от Земли.
Чтобы раскрыть эту редкую систему, исследователям нужно было объединить данные с телескопов как на земле, так и в космосе. Во-первых, телескоп Sloan Digital Sky Survey (SDSS), который сканирует большие куски неба в оптическом диапазоне из Нью-Мексико, получил изображение SDSS J0849 + 1114. С помощью ученых, участвующих в проекте под названием Galaxy Zoo, объект был помечен как система сталкивающихся галактик.
Затем данные инфракрасного космического телескопа НАСА (WISE) показали, что система интенсивно светилась в инфракрасном диапазоне во время фазы слияния галактик, когда ожидалось, что одна из черных дыр будет быстро «питаться». Чтобы выяснить это, астрономы обратились к Чандре и Большому бинокулярному телескопу (LBT) в Аризоне.
Данные Чандры показали рентгеновские источники — явный признак того, что материал поглощается черными дырами — в ярких центрах каждой галактики при слиянии, именно там, где ученые ожидают, что будут находиться сверхмассивные черные дыры. Чандра и космический телескоп жесткого рентгеновского диапазона НАСА (NuSTAR) также обнаружили доказательства наличия большого количества газа и пыли вокруг одной из черных дыр, типичной для системы сливающихся черных дыр.
Между тем, данные оптического света от SDSS и LBT показали характерные спектральные характеристики материала, потребляемого тремя сверхмассивными черными дырами.
«Оптические спектры содержат огромное количество информации о галактике», — сказала соавтор Кристина Мансано-Кинг из Университета Калифорнии, Риверсайд. «Они обычно используются для выявления активно растущих сверхмассивных черных дыр и могут отражать влияние, которое они оказывают на свои галактики».
Одна из причин, по которой трудно найти тройку сверхмассивных черных дыр, заключается в том, что они, вероятно, будут окутаны газом и пылью, блокируя большую часть света. Инфракрасные изображения от WISE, инфракрасные спектры от LBT и рентгеновские изображения от Chandra обходят эту проблему, потому что инфракрасный и рентгеновский свет проникают сквозь газовые облака гораздо легче, чем оптический свет.
«Благодаря использованию этих основных обсерваторий мы определили новый способ идентификации тройных сверхмассивных черных дыр. Каждый телескоп дает нам различную подсказку о том, что происходит в этих системах», — сказал Пфайфл. «Мы надеемся расширить нашу работу, чтобы найти больше таких систем, используя ту же технику».
«Двойные и тройные черные дыры чрезвычайно редки, — сказал соавтор Шобита Сатьяпал, — но такие системы на самом деле являются естественным следствием слияния галактик, которое, как мы думаем, заключается в том, как галактики растут и развиваются».
Три слияния сверхмассивных черных дыр ведут себя не так, как пара. Когда взаимодействуют три такие черные дыры, две из них должны слиться в большую черную дыру гораздо быстрее, чем если бы это была пара черных дыр. Это может быть решением теоретической загадки, называемой «проблема конечного парсека», в которой две сверхмассивные черные дыры могут приблизиться друг к другу в течение нескольких световых лет, но для их объединения из-за избытка энергии потребуется дополнительное притяжение внутрь, чтобы сместить их с орбит. Влияние третьей черной дыры, как в системе SDSS J0849 + 1114, может помочь объединить их.
Компьютерное моделирование показало, что 16% пар сверхмассивных черных дыр в сталкивающихся галактиках будут взаимодействовать с третьей сверхмассивной черной дырой, прежде чем они сольются. Такие слияния создадут рябь в пространстве-времени, которая называется гравитационными волнами. Эти волны будут иметь более низкие частоты, чем может обнаружить лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO). Однако их можно обнаружить с помощью радионаблюдений пульсаров, а также будущих космических обсерваторий, таких как космическая гравитационная обсерватория (LISA) ЕКА, которая обнаружит черные дыры до миллиона солнечных масс.
