Три масивни црни дупки се вклучени во смртоносен танц кој веројатно постепено ќе ги доведе до спојување во уште поголема црна дупка.
Научниците открија црни дупки во галаксија толку далечна што беа потребни 12,5 милијарди години за нејзината светлина да стигне до нас, што значи дека ја гледаме како што била помалку од 1,3 милијарди години по Големата експлозија. Ова дава силни дополнителни докази дека еден начин на кој црните дупки во раниот универзум достигнале огромни маси толку брзо бил преку спојување.
„Ова е првиот доказ за три активни црни дупки во една галаксија во далечниот универзум. Тоа сугерира дека процесите во раниот универзум биле ефикасни во приближувањето на масивните црни дупки, создавајќи услови за масивните спојувања на црни дупки што очекуваме да ги откриеме со идните опсерватории за гравитациски бранови“, рече Хана Ублер, астроном во Институтот Макс Планк за вонземска физика во Германија, која ја водеше студијата.
Галаксијата што ги содржи црните дупки е каталогизирана како J0148-4214 и е толку далечна (нивното црвено поместување е 5,0167) што вселенскиот телескоп James Webb (JWST), кој го направи откритието, не можеше директно да ги види црните дупки. Наместо тоа, Интегрираната единица за спектроскопија на полето на спектрографот во близина на инфрацрвениот дел (NIRSpec) на JWST го измери движењето на водородниот гас што се врти околу секоја црна дупка со голема брзина во дисковите за акреција што ги опкружуваат.
„Податоците од JWST ни овозможија не само да идентификуваме три црни дупки, туку и да ги процениме нивните маси, стапките на акреција и ѕвездената маса на галаксијата. Откривме дека вкупната ѕвездена маса е околу 1,3 милијарди сончеви маси, а црните дупки претставуваат значаен дел од таа маса“, рече Џовани Мацолари од Институтот Макс Планк за вонземска физика.
Двете црни дупки се наоѓаат во центарот на галаксијата J0148-4214, на растојание од 620 светлосни години една од друга. Една од овие црни дупки има огромна маса 80 милиони пати поголема од онаа на нашето Сонце, додека нејзиниот придружник е, за споредба, мала црна дупка од 600.000 сончеви маси.
Сепак, и покрај малата маса, помалата црна дупка расте со огромна брзина бидејќи акумулира гас побрзо од Едингтоновата граница.
Ова е теоретската максимална брзина со која материјалот може да падне кон црна дупка. Ако брзината е поголема, дискот за акреција околу црната дупка станува толку густ и топол што зрачењето од дискот го турка материјалот назад кон надвор, запирајќи го интензивното „хранење“ на црната дупка. Ова значи дека помалата црна дупка ќе може да продолжи да расте со оваа брзина само кратко време, пред негативните повратни информации да го запрат процесот.
Третата црна дупка се наоѓа на 5.500 светлосни години од центарот на галаксијата J0148-4214 и има маса два милиони пати поголема од онаа на нашето Сонце.
Тоа е околу половина од масата на супермасивната црна дупка во центарот на нашата галаксија Млечен Пат, позната како Sagittarius A*. Се смета дека оваа трета црна дупка, а многу веројатно и втората, пристигнала во галаксијата J0148-4214 преку спојување на галаксии.
„Овие резултати се исклучително возбудливи. Тие сугерираат дека спојувањата на црни дупки би можеле да бидат дополнителен, брз начин црните дупки брзо да растат во раниот универзум“, рече Роберто Мајолини од Универзитетот во Кембриџ, кој учествуваше во истражувањето.
Спојувањата на црни дупки создаваат експлозии на гравитациски бранови.
Сегашните детектори за гравитациски бранови, вклучувајќи ја опсерваторијата за гравитациски бранови со ласерски интерферометар (LIGO) во Соединетите Американски Држави, Virgo во Италија и KAGRA во Јапонија, можат да детектираат гравитациски бранови со висока фреквенција и кратка бранова должина произведени од спојувањето на црни дупки со ѕвездена маса или црни дупки формирани во одредени експлозии на супернова.
За да се детектираат гравитациски бранови со многу подолга бранова должина и пониска фреквенција произведени од спојувањето на супермасивни црни дупки како оние во галаксијата J0148-4214, потребен е вселенски детектор со должина на основата од неколку милиони километри.
За таа цел, Европската вселенска агенција планира да го лансира LISA (Laser Interferometer Space Antenna), и ако сè оди според планот, LISA треба да биде лансиран во средината на 2030-тите. Ќе се состои од три вселенски летала распоредени во триаголник, при што секоја страна од триаголникот ќе биде долга по 2,5 милиони километри.
Трите вселенски летала ќе насочуваат ласерски зраци еден кон друг, барајќи промени во времето потребно за ласерските зраци да патуваат меѓу нив, што би било доказ за премин на гравитациски бран со долга бранова должина.
Сепак, постои една важна забелешка кога станува збор за галаксијата J0148-4214: третата црна дупка можеби не е на курс на судир со другите две. Наместо тоа, можеби се движи надвор од галаксијата.
Ова е класичен „проблем со три тела“, или како три објекти што орбитираат еден околу друг комуницираат.
Двете помали црни дупки можеби влегле во галаксијата J0148-4214 како бинарен пар, а потоа, како што се приближувале до црната дупка со маса од 80 милиони сончеви зраци, помасивната црна дупка можеби ја „зграпчила“ црната дупка со маса од 600.000 сончеви зраци, истовремено разменувајќи аголен момент со црната дупка со маса од два милиони сончеви зраци и исфрлајќи ја со голема брзина.
Сличен ефект гледаме во нашата галаксија со хипербрзи ѕвезди што се движат подалеку од Млечниот Пат. Тие ѕвезди некогаш биле дел од бинарен пар ѕвезди кои се приближиле премногу блиску до Sagittarius A, црната дупка во центарот на нашата галаксија.
Едната половина од бинарниот систем била заробена од црната дупка, додека другата била исфрлена.
Во моментов не постои начин да се измери насоката на третата црна дупка во J0148-4214 и да се потврди дали ќе се спои со другите две црни дупки или ќе избега. Ако избегала, можно е дека сè уште талка сама и невидлива во меѓугалактичкиот простор денес, 12,5 милијарди години подоцна.
Резултатите од истражувањето беа објавени во списанието Astronomy & Astrophysics.
