Три чёрные дыры в процессе столкновения и слияния

Астрономы обнаружили три гигантские чёрные дыры в колоссальном столкновении трёх галактик. Наблюдения этой необычной системы велись несколькими обсерваториями, включая три космических телескопа НАСА.

"Нашей целью были поиски пар чёрных дыр, но, благодаря нашей методике отбора, мы наткнулись на эту удивительную тройную систему, - сообщает Райан Пфайфл из Университета Мейсона, ведущий автор новой статьи с описанием этих результатов в Астрофизическом журнале. - Такая тройная система активно питает сверхмассивные чёрные дыры".

Система известна как SDSS J084905.51 + 111447.2 (сокращённо SDSS J0849 + 1114) и расположена на расстоянии миллиарда световых лет от Земли.

Для выявления этого редкого трио чёрных дыр исследователям потребовалось объединить данные от наземных и космических телескопов.
Сначала изображение SDSS J0849+1114 получил наземный телескоп Sloan Digital Sky Survey (SDSS) в Нью-Мексико, который способен сканировать большие участки неба в оптическом спектре. Гражданскими учёными из проекта Galaxy Zoo объект был помечен как система сталкивающихся галактик.

Затем данные от космического телескопа WISE показали интенсивное излучение системы в инфракрасном диапазоне, что согласуется с ожиданием, что в процессе слияния галактик будет происходить интенсивная подпитка одной или более чёрных дыр.
Чтобы внимательнее изучить эту систему, астрономы использовали рентгеновский космический телескоп Чандра (Chandra) и Большой бинокулярный телескоп (LBT), расположенный в Аризоне.

Данные от орбитальной обсерватории Чандра выявили рентгеновские источники - явный признак того, что в ярких центрах каждой из сталкивающихся галактик вещество поглощается чёрными дырами, то есть именно там, где, по мнению учёных, должны находиться сверхмассивные ЧД.
Кроме того, космические телескопы Чандра и NuSTAR обнаружили наличие большого количества газа и пыли вокруг одной из чёрных дыр, что характерно для системы ЧД в процессе слияния.

Между тем, данные в оптическом диапазоне от наземных обсерваторий SDSS и LBT показали характерные спектральные сигнатуры вещества, поглощаемого тремя сверхмассивными чёрными дырами.

"В оптическом спектре можно получить огромное количество информации о галактике, - говорит соавтор исследования Кристина Мансано-Кинг из Калифорнийского университета. - Его обычно используют для выявления активно растущих сверхмассивных чёрных дыр, и эти данные могут отражать влияние, которое чёрные дыры оказывают на галактики, в которых они обитают".

Одна из причин, по которой трудно обнаружить троицу сверхмассивных чёрных дыр, заключается в том, что они могут быть окутаны газом и пылью, блокирующими значительную часть их излучения.
Инфракрасные изображения от космического телескопа WISE и наземной обсерватории LBT и рентгеновские изображения от орбитальной обсерватории Чандра обходят эту проблему, поскольку инфракрасное и рентгеновское излучение проникает сквозь облака газа гораздо легче, чем оптический свет.

"С помощью этих крупных обсерваторий мы нашли новый способ выявления тройных сверхмассивных чёрных дыр. Каждый телескоп даёт нам различную информацию о том, что происходит в этих системах, - сообщает Пфайфл. - Мы надеемся расширить нашу работу, чтобы найти больше тройных систем, используя ту же технику".

"Двойные и тройные чёрные дыры чрезвычайно редки, - объясняет соавтор исследования Шобита Сатьяпал, - но такие системы на самом деле являются естественным следствием слияния галактик, которое, как мы полагаем, является частью процесса их роста и эволюции".

Три сверхмассивные чёрных дыры при слиянии ведут себя несколько иначе, чем пара чёрных дыр. Когда взаимодействуют три таких объекта, два из них должны слиться в большую чёрную дыру значительно быстрее, чем при взаимодействии только двух ЧД.
Это может быть решением теоретической головоломки, называемой "проблемой финального парсека", в которой две сверхмассивные чёрные дыры могут приблизиться друг к другу на расстояние в несколько световых лет, но им необходим дополнительный толчок для слияния из-за избыточной энергии, которую они несут на своих орбитах. Влияние третьей чёрной дыры может, наконец, свести их вместе.

Компьютерное моделирование показало, что 16% пар сверхмассивных чёрных дыр в сталкивающихся галактиках сливаются при взаимодействии с третьей сверхмассивной чёрной дырой.
Такие слияния вызывают рябь в пространстве-времени, называемую гравитационными волнами. Эти волны имеют более низкие частоты, чем могут обнаружить Лазерный интерферометр гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) и Европейский детектор гравитационных волн Virgo.
Однако они могут быть обнаружены с помощью радионаблюдений пульсаров, а космические обсерватории следующего поколения, такие как Космическая антенна лазерного интерферометра (LISA), будут способны находить чёрные дыры до миллиона солнечных масс.



Источник: https:// www.nasa.gov/ mission_pages/ chandra/ images/ found-three-black-holes-on-collision-course.html