رصد علماء الفلك ثلاثة ثقوب سوداء ضخمة (SMBHs) في مركز ثلاث مجرات متصادمة على بعد مليار سنة ضوئية من الأرض. هذا دليل على أن الثلاثة هم أيضًا نواة مجرة نشطة (AGN ،) تلتهم المواد وتحترق بشكل مشرق.
قد يلقي هذا الاكتشاف بعض الضوء على "مشكلة فرسخ نهائي" ، وهي قضية قديمة العهد في الفيزياء الفلكية وعمليات دمج الثقب الأسود.
وجد علماء الفلك ثلاثة SMBHs في بيانات من تلسكوبات متعددة ، بما في ذلك مسح سلون الرقمي للسماء (SDSS) ، ومرصد تشاندرا للأشعة السينية ، ومستكشف المسح بالأشعة تحت الحمراء واسع النطاق (WISE.) يتم تغليف الثقوب السوداء الثلاثة في ما يقرب من حدث ملحمي لا يمكن تصوره ؛ اندماج ثلاث مجرات. قد تلعب عمليات الاندماج الثلاثية هذه دورًا حاسمًا في كيفية نمو أكبر ثقوب سوداء بمرور الوقت.
"هذا هو أقوى دليل تم العثور عليه حتى الآن لمثل هذا النظام الثلاثي للتغذية النشطة للثقوب السوداء الهائلة".
ريان فايفل ، جامعة جورج ميسون ، المؤلف الرئيسي.
لم يكن الفلكيون الذين اكتشفوا ذلك يتوقعون العثور على ثلاثة ثقوب سوداء في وسط اندماج المجرات الثلاثية.
قال رايان فايفل من جامعة جورج ميسون في فيرفاكس ، فرجينيا ، أول كاتب لورقة جديدة في: "كنا نبحث فقط عن أزواج من الثقوب السوداء في ذلك الوقت ، ومع ذلك ، من خلال أسلوب الاختيار لدينا ، تعثرنا على هذا النظام المدهش" مجلة الفيزياء الفلكية تصف هذه النتائج. "هذا هو أقوى دليل تم العثور عليه حتى الآن لمثل هذا النظام الثلاثي للتغذية النشطة للثقوب السوداء الهائلة".
يصعب اكتشاف أنظمة الثقب الأسود الثلاثية لأن هناك الكثير مما يحدث في جوارهم. إنها محاطة بالغاز والغبار مما يجعل من الصعب رؤيتها. في هذه الدراسة ، استغرق الأمر عدة تلسكوبات تعمل في أجزاء مختلفة من الطيف الكهرومغناطيسي لكشف الثقوب الثلاثة. كما استغرق عمل بعض العلماء المواطنين.
ليس من الصعب اكتشافها فحسب ، بل إنها نادرة. قال المؤلف المشارك Shobita Satyapal ، أيضًا من George Mason ، "إن الثقوب السوداء المزدوجة والثلاثية نادرة للغاية ، لكن مثل هذه الأنظمة هي في الواقع نتيجة طبيعية لعمليات اندماج المجرات ، والتي نعتقد أنها كيف تنمو المجرات وتتطور".
كان SDSS أول من اكتشف هذا الاندماج الثلاثي في الضوء المرئي ، ولكن تم تحديده فقط من خلال Galaxy Zoo ، وهو مشروع علمي للمواطنين ، كنظام اصطدام المجرات. ثم رأى WISE أن النظام كان يتوهج في الأشعة تحت الحمراء ، مشيرًا إلى أنه كان في مرحلة اندماج المجرات عندما كان من المتوقع تغذية أكثر من واحد من الثقوب السوداء.
كانت بيانات Sloan و WISE مجرد أدلة محيرة ، وتحول الفلكيون إلى مرصد تشاندرا وتلسكوب مجهر كبير (LBT) لمزيد من التأكيد. أظهرت ملاحظات شاندرا أن هناك مصادر أشعة سينية مشرقة في وسط كل مجرة. هذا هو بالضبط حيث يتوقع العلماء العثور على SMBHs.
المزيد من الأدلة التي تظهر أن SMBHs كانت هناك وصلت من القمر الصناعي Chandra و NASA التلسكوب الطيفي المصفوفة (NuSTAR). ووجدوا أدلة على كميات كبيرة من الغاز والغبار بالقرب من إحدى الثقوب السوداء. هذا أمر متوقع عندما يتم دمج الثقوب السوداء. قدمت بيانات ضوئية ضوئية أخرى من SDSS و LBT أدلة طيفية تتميز بها تغذية SMBHs الثلاثة.
قالت الكاتبة المشاركة كريستينا مانزانو - ملك جامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد: "الأطياف الضوئية تحتوي على ثروة من المعلومات حول المجرة". "تُستخدم عادةً لتحديد الثقوب السوداء فائقة الكتلة المتراكمة بنشاط ويمكن أن تعكس تأثيرها على المجرات التي تعيش فيها".
من خلال هذا العمل ، طور فريق علماء الفلك طريقة للعثور على المزيد من أنظمة الثقب الأسود الثلاثية. "من خلال استخدام هذه المراصد الرئيسية ، حددنا طريقة جديدة لتحديد الثقوب السوداء ثلاثية الكتلة الفائقة. قال Pfeifle "كل تلسكوب يعطينا فكرة مختلفة عما يجري في هذه الأنظمة". "نأمل في تمديد عملنا للعثور على المزيد من ثلاث مرات باستخدام نفس التقنية."
ربما ألقوا بعض الضوء على مشكلة الفرسخ النهائية.
مشكلة بارسيك النهائية
مشكلة بارسيك النهائية أساسية لفهمنا لدمج الثقب الأسود الثنائي. إنها مشكلة نظرية تقول عندما يقترب ثقبان أسودان من بعضهما البعض ، فإن طاقتهما المدارية المفرطة تمنعهما من الاندماج. يمكنهم الوصول إليها في غضون بضع سنوات ضوئية ، ثم تتعطل عملية الدمج.
عندما يقترب ثقبان أسودان في البداية من بعضهما البعض ، فإن مساراتهما الزائدية تحملهما متجاورين. بمرور الوقت ، عندما يتفاعل الثقبان مع النجوم في محيطهما ، يقذفان النجوم بشكل جاذبي ، وينقلان بعض طاقتهما المدارية إلى نجم في كل مرة يقومان بها. إن انبعاث موجات الجاذبية يقلل أيضًا من طاقة الثقوب السوداء.
في النهاية ، قام الثقوبان الأسودتان بإلقاء طاقة مدارية كافية لإبطاء الاقتراب من بعضهما البعض بشكل أقرب ، والتوصل إلى بضعة فرسخ من بعضهما البعض. تكمن المشكلة في أنهم يغلقون المسافة ، ويتم طرد المزيد والمزيد من المواد من جوارهم عن طريق حبال المقلاع. وهذا يعني أنه لم تعد هناك حاجة للتفاعل مع الثقوب السوداء وإلقاء المزيد من الطاقة المدارية. عند هذه النقطة ، تتعطل عملية الدمج. أو ينبغي.
لكن علماء الفيزياء الفلكية يعرفون أن الثقوب السوداء تندمج لأنهم شهدوا موجات الجاذبية القوية. في الواقع ، يكتشف LIGO (مرصد الموجة التداخلية بالليزر) اندماج ثقب أسود مرة واحدة تقريبًا في الأسبوع. تسمى كيفية الاندماج مع بعضها البعض في النهاية مشكلة فرسك النهائي.
يعتقد الفريق المسؤول عن هذه الدراسة أنه قد يكون لديهم إجابة. يعتقدون أن الثقب الأسود الثالث ، كما لاحظنا في هذا النظام ، يمكن أن يوفر التعزيز المطلوب للحصول على ثقبين لدمجهما. مع اقتراب زوج من الثقوب السوداء في نظام ثلاثي من بعضها البعض ، يمكن أن يؤثر الثقب الثالث عليها لإغلاق فرسخ الفرس النهائي والاندماج.
وفقًا لمحاكاة الكمبيوتر ، فإن حوالي 16٪ من أزواج الثقوب السوداء الفائقة الكتلة في المجرات المتصادمة ستتفاعل مع ثقب أسود فائق الكتلة قبل دمجها. ستنتج تلك الاندماجات موجات جاذبية ، لكن المشكلة هي أن تلك الموجات ستكون منخفضة التردد للغاية بحيث يتعذر على LIGO أو مرصد VIRGO اكتشافها.
لاكتشاف ذلك ، قد يضطر العلماء إلى الاعتماد على المراصد المستقبلية مثل LISA و ESA / NASA بالليزر الفضائي لقياس التداخل بالليزر. ستراقب LISA موجات الجاذبية ذات التردد المنخفض عن LIGO أو VIRGO وهي مجهزة بشكل أفضل للعثور على الثقوب السوداء فائقة الكتلة.
الورقة التي تقدم هذه النتائج بعنوان "A AG AG الثلاثي في المرحلة الأخيرة من اندماج Galaxy المتأخر في منتصف الأشعة تحت الحمراء."
أكثر:
- بيان صحفي: العثور على: ثلاثة ثقوب سوداء في مسار التصادم
- ورقة بحثية: AGN ثلاثية في اندماج جالاكسي المتأخر في منتصف المرحلة بالأشعة تحت الحمراء
- ويكيبيديا: مشكلة بارسيك النهائية
- ليزا: هوائي الفضاء الليزر التداخل
