Gli astronomi hanno individuato tre buchi neri supermassicci (SMBH) al centro di tre galassie in collisione a un miliardo di anni luce di distanza dalla Terra. Questa è la prova che tutti e tre sono anche nuclei galattici attivi (AGN,) che divorano materiale e si illuminano intensamente.
Questa scoperta potrebbe far luce sul "problema finale di parsec", un problema di vecchia data in astrofisica e fusioni di buchi neri.
Gli astronomi hanno trovato i tre SMBH nei dati provenienti da più telescopi, tra cui Sloan Digital Sky Survey (SDSS,) Chandra X-ray Observatory e Wide-Infrared Survey Explorer (WISE). I tre buchi neri sono racchiusi in un evento inimmaginabilmente epico; una fusione di tre galassie. Queste fusioni di triplette possono svolgere un ruolo critico nel modo in cui i buchi neri più massicci crescono nel tempo.
"Questa è la prova più forte mai trovata per un sistema così triplo di alimentazione attiva dei buchi neri supermassicci."
Ryan Pfeifle, George Mason University, autore principale.
Gli astronomi che l'hanno trovato non si aspettavano di trovare tre buchi neri al centro di una fusione a tripla galassia.
"All'epoca cercavamo solo coppie di buchi neri, eppure, attraverso la nostra tecnica di selezione, ci siamo imbattuti in questo straordinario sistema", ha affermato Ryan Pfeifle della George Mason University di Fairfax, in Virginia, il primo autore di un nuovo documento in Il diario astrofisico che descrive questi risultati. "Questa è la prova più forte mai trovata per un sistema così triplo di alimentazione attiva dei buchi neri supermassicci."
I sistemi a triplo buco nero sono difficili da individuare perché c'è così tanto da fare nel loro quartiere. Sono avvolti da gas e polvere che lo rendono difficile da vedere. In questo studio, sono stati necessari diversi telescopi che operano in diverse parti dello spettro elettromagnetico per scoprire i tre fori. Ha anche preso il lavoro di alcuni cittadini scienziati.
Non sono solo difficili da individuare, ma rari. "I buchi neri doppi e tripli sono estremamente rari", ha affermato Shobita Satyapal, anche lui di George Mason, "ma tali sistemi sono in realtà una conseguenza naturale delle fusioni di galassie, che riteniamo sia il modo in cui le galassie crescono e si evolvono".
L'SDSS è stato il primo a individuare questa tripla fusione alla luce visibile, ma è stato solo attraverso Galaxy Zoo, un progetto scientifico cittadino, che è stato identificato come un sistema di galassie in collisione. Quindi WISE vide che il sistema brillava nell'infrarosso, indicando che era in una fase di fusione della galassia quando si prevedeva che si alimentasse più di uno dei buchi neri.
I dati di Sloan e WISE erano solo indizi allettanti, e gli astronomi si sono rivolti all'Osservatorio di Chandra e al Large Binocular Telescope (LBT) per ulteriori conferme. Le osservazioni di Chandra mostrarono che c'erano sorgenti luminose a raggi X al centro di ogni galassia. È esattamente dove gli scienziati si aspettano di trovare SMBH.
Altre prove che dimostrano che gli SMBH erano lì arrivati da Chandra e dal satellite della NASA Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR). Hanno trovato prove di grandi quantità di gas e polvere vicino a uno dei buchi neri. Questo è previsto quando i buchi neri si stanno fondendo. Altri dati sulla luce ottica provenienti da SDSS e LBT hanno fornito prove spettrali che sono caratteristiche dell'alimentazione dei tre SMBH.
"Gli spettri ottici contengono una grande quantità di informazioni su una galassia", ha detto la coautrice Christina Manzano-King della University of California, Riverside. "Sono comunemente usati per identificare attivamente i buchi neri supermassicci che stanno accumulando e possono riflettere l'impatto che hanno sulle galassie in cui vivono."
Con questo lavoro, il team di astronomi ha sviluppato un modo per trovare altri di questi sistemi tripli buco nero. “Attraverso l'uso di questi importanti osservatori, abbiamo identificato un nuovo modo di identificare i tripli buchi neri supermassicci. Ogni telescopio ci fornisce un indizio diverso su ciò che sta accadendo in questi sistemi ", ha affermato Pfeifle. "Speriamo di estendere il nostro lavoro per trovare più triple con la stessa tecnica."
Potrebbero anche aver fatto luce sul problema finale di parsec.
Il problema finale di Parsec
Il problema finale di parsec è fondamentale per la nostra comprensione delle fusioni binarie di buco nero. È un problema teorico che dice che quando due buchi neri si avvicinano, la loro eccessiva energia orbitale impedisce loro di fondersi. Possono arrivare in pochi anni luce, quindi il processo di fusione si blocca.
Quando due buchi neri inizialmente si avvicinano, le loro traiettorie iperboliche li portano uno accanto all'altro. Nel corso del tempo, quando i due fori interagiscono con le stelle nelle loro vicinanze, le lanciano in direzione gravitazionale, trasferendo parte della loro energia orbitale su una stella ogni volta che lo fanno. L'emissione di onde gravitazionali riduce anche l'energia dei buchi neri.
Alla fine i due buchi neri rilasciano abbastanza energia orbitale per rallentare e avvicinarsi l'un l'altro più da vicino, e arrivare a pochi secondi l'uno dall'altro. Il problema è che, man mano che chiudono la distanza, sempre più materia viene espulsa dalle loro vicinanze tramite lo sling-shotting. Ciò significa che per i buchi neri non è più necessario interagire e liberare più energia orbitale. A quel punto, il processo di fusione si blocca. O dovrebbe.
Eppure gli astrofisici sanno che i buchi neri si fondono perché hanno assistito alle potenti onde gravitazionali. In effetti, LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) sta scoprendo una fusione del buco nero circa una volta alla settimana. Il modo in cui si fondono tra loro alla fine è chiamato il problema finale di parsec.
Il team dietro questo studio pensa che potrebbero avere una risposta. Pensano che un terzo buco nero, come hanno osservato in questo sistema, potrebbe fornire la spinta necessaria per far fondere due buchi. Quando una coppia di buchi neri in un sistema trinario si avvicina, il terzo buco potrebbe influenzarli per chiudere il parsec finale e fondersi.
Secondo le simulazioni al computer, circa il 16% delle coppie di buchi neri supermassicci in galassie in collisione avrà interagito con un terzo buco nero supermassiccio prima che si fondano. Quelle concentrazioni produrrebbero onde gravitazionali, ma il problema è che quelle onde sarebbero troppo basse per essere rilevate da LIGO o dall'osservatorio VIRGO.
Per individuarli, gli scienziati potrebbero dover fare affidamento su futuri osservatori come LISA, l'antenna spaziale laser per interferenze dell'ESA / NASA. LISA osserverà onde gravitazionali a frequenza inferiore rispetto a LIGO o VIRGO ed è meglio equipaggiata per trovare fusioni di buchi neri super massicci.
L'articolo che presenta questi risultati è intitolato "Un triplo AGN in una fusione Galaxy a stadio avanzato selezionata a medio infrarosso".
Di Più:
- Comunicato stampa: Trovato: tre buchi neri in rotta di collisione
- Documento di ricerca: un triplo AGN in una fusione di galassia tardiva selezionata a medio infrarosso
- Wikipedia: problema finale di Parsec
- LISA: Laser Interferometer Space Antenna
