מזה עשרות שנים אסטרונומים ידעו שחורים שחורים סופר-מסיביים (SMBH) שוכנים במרכז הגלקסיות המסיביות ביותר. החורים השחורים הללו, הנעים בין מאות אלפים למיליארדי המוני שמש, משפיעים על עוצמת החומר הסובבת והם נחשבים כגורם של גרעינים פעילים גלקטיים (AGN). כל עוד אסטרונומים ידעו עליהם, הם ביקשו להבין כיצד SMBs נוצרים ומתפתחים.
בשני מחקרים שפורסמו לאחרונה, שני צוותי חוקרים בינלאומיים מדווחים על גילוים של חמישה זוגות חור שחורים שהתגלו לאחרונה במרכזם של גלקסיות רחוקות. תגלית זו יכולה לסייע לאסטרונומים לשפוך אור חדש על אופן התפתחותם של SMBBים וצומחים עם הזמן, שלא לדבר על איך מיזוגים של חור שחור מייצרים את גלי הכבידה החזקים ביקום.
ארבעת המועמדים הראשונים הכפולים של החור השחור דווחו במחקר שכותרתו "AGNs קבורים במיזוגים מתקדמים: בחירה בצבע אינפרא אדום אמצעי כמוצא AGN כפול", אותו הובל שוביטה סטיאפל, פרופסור לאסטרופיזיקה באוניברסיטת ג'ורג 'מייסון. מחקר זה התקבל לפרסום ב- כתב העת האסטרופיזי ולאחרונה הופיע ברשת.
המחקר השני, שדיווח על המועמדת החמישית הכפולה לחור שחור, הובל על ידי שרה אליסון - פרופסורית לאסטרופיסיקה מאוניברסיטת ויקטוריה. זה פורסם לאחרונה ב- הודעות חודשיות של החברה המלכותית לאסטרונומיה תחת הכותרת "גילוי גרעין גלקטי פעיל כפול עם הפרדה של ~ 8 ק"פ". הגילוי של חמשת זוגות החורים השחורים הללו היה מועיל מאוד בהתחשב בכך שזוגות הם ממצא נדיר מאוד.
כפי שהסביר שוביטה סטיאפל בהצהרת העיתונות של צ'נדרה:
"אסטרונומים מוצאים חורים שחורים סופר-מסיביים בכל רחבי היקום. אבל למרות שניבאנו שהם צומחים במהירות כאשר הם מתקשרים, קשה היה למצוא חורים שחורים סופר-מסיביים כפולים.“
זוגות החורים השחורים התגלו על ידי שילוב נתונים ממספר מכשירים קרקעיים מבוססי חלל שונים. זה כלל נתונים אופטיים מהסקר Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ומהטלסקופ הגדול המשקפת-קרקעית (LBT) באריזונה, עם נתונים כמעט אינפרא-אדום של סייר האינפרא אדום הרחבה (WISE) ונתוני רנטגן מ- Chandra של נאס"א. מצפה רנטגן.
לצורך מחקריהם, סטיאפל, אליסון וצוותיהם השונים ביקשו לאתר AGNs כפול, שלפי ההערכה הם כתוצאה ממיזוגים גלקטיים. הם התחילו בהתייעצות עם נתונים אופטיים של ה- SDSS כדי לזהות גלקסיות שנראו בתהליך של מיזוג. נתונים מסקר WISE בכל השמים שימשו אז כדי לזהות את הגלקסיות הללו שהציגו את ה- AGN החזקים ביותר.
לאחר מכן הם התייעצו בנתונים מספקטרומטר הדמיה CCD מתקדמת של צ'נדרה (ACIS) ו- LBT כדי לזהות שבע גלקסיות שנראו בשלב מתקדם של מיזוג. המחקר בראשות אליסון הסתמך גם על נתונים אופטיים שסופקו על ידי סקר הגלקסיות הממפות בסביבה במצפה הכוכבים אפאצ'י פוינט (MaNGA) כדי לאתר את אחד מצמד הזוגות החדשים של החור השחור.
מהנתונים המשולבים הם מצאו כי חמש מתוך שבע הגלקסיות המתמזגות אירחו AGNs כפולים אפשריים, שהופרדו בפחות מ -10 קילופארק"ס (למעלה מ- 30,000 שנות אור). עדות לכך הוכחה על ידי נתוני האינפרא אדום שסופקו על ידי WISE, אשר היו בקנה אחד עם מה שמקורה לחורים שחורים סופר-מסיביים שצומחים במהירות.
בנוסף, נתוני צ'נדרה הראו זוגות מופרדים מקרוב של מקורות רנטגן, התואמים גם את החורים השחורים שהחומר לאטם מוטמע עליהם. נתוני האינפרא אדום והרנטגן הללו הציעו גם כי החורים השחורים העל-מאסיים קבורים בכמויות גדולות של אבק וגז. כפי שאליסון ציינה, ממצאים אלה היו תוצאה של עבודה קפדנית שכללה מיון לאורך אורכי גל מרובים של נתונים:
"העבודה שלנו מראה ששילוב של בחירת האינפרא אדום עם מעקב אחר רנטגן הוא דרך יעילה מאוד למצוא את זוגות החורים השחורים הללו. צילומי רנטגן וקרינת אינפרא אדום מסוגלים לחדור לענני הגז והאבק המעורפלים סביב זוגות החורים השחורים הללו, והראיה החדה של צ'נדרה נדרשת כדי להפריד ביניהם.
לפני מחקר זה אושרו פחות מעשרה זוגות של חורים שחורים שגדלו על סמך מחקרי רנטגן, ואלה היו ברוב המקרים במקרה. העבודה האחרונה הזו, שגילתה חמישה זוגות חור שחור בעזרת נתונים משולבים, הייתה אפוא ברת מזל ובעלת משמעות. מלבד חיזוק ההשערה כי נוצרים חורים שחורים על-מסיביים ממיזוג של חורים שחורים קטנים יותר, למחקרים אלה יש השלכות חמורות גם על מחקר גלי כבידה.
"חשוב להבין כמה זוגות חור שחור שחור-מסיביים נפוצים כדי לעזור בחיזוי האותות למצפי מצפה של גל הכבידה," אמר סטיאפה. "עם ניסויים שכבר קיימים ועתידיים שיגיעו לרשת, זו תקופה מרגשת לחקור מיזוג חורים שחורים. אנו נמצאים בשלבים המוקדמים של עידן חדש בחקר היקום. "
מאז 2016 התגלו בסך הכל ארבעה מקרים של גלי כבידה על ידי מכשירים כמו מצפה הכוכבים של גל אינטרפרומטר לייזר (LIGO) ומצפה הכוכבים VIRGO. עם זאת, הגילויים הללו היו תוצאה של מיזוגים של חור שחור שבהם החורים השחורים כולם היו קטנים יותר ומסיביים פחות - בין שמונה ל -36 מסות שמש.
לעומת זאת, חורים שחורים סופר-מסיביים הם מסיביים הרבה יותר וסביר להניח שייצרו חתימת גל כבידה גדולה בהרבה ככל שהם ימשיכו להתקרב זה לזה. ובעוד כמה מאות מיליון שנים, כשבסופו של דבר הזוגות הללו יתמזגו, האנרגיה המתקבלת המופקת על ידי המסה המרה לגלי כבידה תהיה מדהימה.
נכון לעכשיו, גלאים כמו LIGO ומזל בתולה אינם מסוגלים לזהות את גלי הכבידה שנוצרו על ידי זוגות Supermassive Black Hole. עבודה זו נעשית על ידי מערכים כמו מצפה הכוכבים ננוהרץ צפון גלי אמריקני (NANOGrav), הנשען על פולסארים גדולים של אלפיות השנייה למדידת השפעתם של גלי הכבידה על זמן החלל.
אנטנת החלל המוצעת בלייזר (LISA), אשר תהיה גלאי הגל הכבידה הייעודי הראשון המיועד לחלל, צפויה גם היא לעזור בחיפושים. בינתיים, מחקרי גלי הכבידה כבר נהנו מאוד מאמצים שיתופיים כמו זה שקיים בין Advanced LIGO ל- Virgo Advanced.
בעתיד, מדענים גם צופים כי יוכלו לחקור את פנים הסופרנובות באמצעות מחקרי גלי כבידה. זה עשוי לחשוף הרבה אודות המנגנונים העומדים מאחורי היווצרות חור שחור. בין כל המאמצים המתמשכים הללו לבין ההתפתחויות העתידיות, אנו יכולים לצפות "לשמוע" הרבה יותר את היקום ואת הכוחות החזקים ביותר שפועלים בתוכו.
הקפד לבדוק את האנימציה הזו שמראה איך ייראה המיזוג של שני זוגות החורים השחורים הללו, באדיבות מצפה הרנטגן של צ'נדרה:
