Gravitační vlny Dethrone Supermassive Black Hole

Astronomové objevili supermasivní černou díru, která neseděla na svém obvyklém sedadle uprostřed své galaxie. Gravitační vlny z nedávné fúze mohly vypustit černou díru.

Světlý hvězdný kvasar 3C 186 a jeho bývalá hostitelská galaxie, slabý, roztažený objekt za ním, sedí uprostřed klastru galaxie. Kvasar byl pravděpodobně vypuštěn po dávno sloučené galaxii.
NASA / ESA / M. Chiaberge (STScI / ESA)

Před miliardou let ve vesmíru vzdáleném se srazily dvě galaxie. Hvězdy se točily na nové oběžné dráhy a plynové mraky do sebe narazily. Zrodily se nové hvězdy a do dvou center galaxií se vnesl plyn, který tam přiváděl dvě superhmotné černé díry, které tam číhaly.

Pak, asi před 5 miliony let, se tyto černé díry spojily do jedné. Když se otáčeli kolem sebe, vyzařovali energii ve formě gravitačních vln signala signál, že kosmický detektor, jako je LISA, může jednoho dne detekovat a tyto vlny poskytly konečnému produktu skutečný kop do kalhot . Sloučená supermasivní černá díra, objekt s hmotou zhruba 3 miliardy krát Slunce, spěchala od nového centra galaxie rychlostí miliónů mil za hodinu.

Toto je obrázek, který Marco Chiaberge (Space Telescope Science Institute a John Hopkins University) a jeho kolegové malovali, aby vysvětlili jedinečná pozorování kvasaru známého jako 3C 186. Výsledky byly představeny v dubnu 2017 Astronomy & Astrofhysics .

Důkazy

Kvaz samotný je skvělým majákem světla vyzařovaného plynem, který klesá dolů do střední černé díry. Nyní nové snímky Hubbleova vesmírného teleskopu poprvé odhalují galaxii, která je hostitelem tohoto bodu světla. A překvapivě obrázky ukazují, že kvazar je odsazen od středu galaxie asi o 1, 3 sekundy.

To je na obloze malý úhel - odpovídá šířce lidských vlasů držených 10 metrů od sebe. Ale v galaxii tak daleko, že její světlo musí cestovat 8 miliard let, aby se sem dostalo, se 1, 3 sekundy promítne na vzdálenost 35 000 světelných let. Pro srovnání, Slunce leží jen 26 000 světelných let od středu naší galaxie.

Tým také pečlivě analyzoval spektrum viditelného světla kvazaru a odhalil chemický podpis rychlosti plynu z hostitelské galaxie. (Dříve automatizované analýzy spektra zmeškaly podpis.) Podpis je ten, že černá díra a okolní plynový bufet letí pryč od centra galaxie rychlostí 2 140 kilometrů za sekundu (4, 8 milionu mph). Černá díra bude zářivě svítit, dokud bude držet na svém plynovém disku, asi podle odhadů vědců asi dalších 100 milionů let.

Společně je neuvěřitelná rychlost kvasaru a jeho posun od středu galaxie k jednomu pravděpodobnému závěru: tato černá díra je produktem dvou nestejných černých děr, jejichž sloučení s rozkmitem emitovalo asymetrické gravitační vlny a nakonec vykopl černou díru ze svého centrálního galaktického domu. . Toto není první takový objevený kandidát, ale je to první, kdo má dva podpisy gravitační vlny zpětného rázu - předchozí kandidáti ukázali prostorové posunutí nebo neuvěřitelnou rychlost, ale ne obojí.

Jak dvě galaxie interagují a slučují se, jejich centrální černé díry jsou přitahovány k sobě gravitačně (první panel). Když se tyto dvě černé díry dost blízko sebe, vysílají gravitační vlny a časem zmenšují svou oběžnou dráhu (panel 2). Nakonec se sloučí (panel 3). Protože černé díry byly zpočátku různé masy a jejich gravitační vlny odpovídajícím způsobem sklouzly, sloučení dá nové, mohutnější černé díře pevný kop z galaxie.
NASA / ESA / Hubble / A. Feild / STScI

„3C 186 je vzrušujícím kandidátem na superhmotnou černou díru s gravitační vlnou, která se ukázala jako velmi obtížná, “ říká Julie Comerford (University of Colorado, Boulder), která se studie nezúčastnila.

Jak ale zdůrazňují jak tým Chiaberge, tak Comerford, tento kandidát ještě není shoo-inem. Existuje například šance, že kvazár leží v druhé, méně zářící galaxii, která je v pozadí galaxie, kterou Hubble zobrazil. Takže Chiaberge a jeho kolegové již plánují následná pozorování s Hubbleem v kombinaci s Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) v Chile, aby vyloučili alternativní možnosti.

The Final Parsec Problem

Koncept umělce ukazuje dvě slučující černé díry. Vydávají gravitační vlny, když se otáčejí kolem svých drah, což je postupně přibližuje. Ale tady je složitá část: pokud jsou dvě černé díry příliš daleko od sebe, nebudou vyzařovat dostatek energie - něco je musí přivést dostatečně blízko, aby začaly gravitační vlny, aby mohly dělat práci.
NASA

Astronomové jsou si zcela jisti, že černé díry se pravidelně slučují - jinak je strašně těžké vysvětlit, jak vidíme černé díry s miliardou solárních hmot jen miliardu let po Velkém třesku. Astronomové také vědí, že srážky galaxií mohou přinést dvě superhmotné černé díry docela blízko u sebe. Vypočítali, že gravitační vlny mohou vyzařovat dostatek energie k dosažení konečného spojení.

Galaxie však nevydávají své centrální černé díry dost blízko sebe, aby gravitační vlny mohly dělat zbytek práce. Musí existovat něco, co dostane černé díry světelný rok nebo tři blíže k sobě, aby se dokončil proces sloučení. Tento hlavolam je známý jako Final Parsec Problem. Pokud je 3C 186 skutečně výsledkem dvou superhmotných černých děr, mohlo by to sloužit jako perfektní testovací místo pro to, jak k takovým fúzím dochází.

"Pozorování poskytují silný důkaz, že supermasivní černé díry se mohou skutečně spojit, " říká spoluautor studie Stefano Bianchi (Roma Tre University, Itálie).

Nyní musí astronomové jen zjistit, jak na to.