Arkistoteleskooppitietojen käyttäminen Kaksoset pohjoiseen, tähtitieteilijät mittasivat raskaimmat koskaan löydetyt supermassiiviset mustat aukot. Kahden supermassiivisen mustan aukon yhdistäminen on ilmiö, jota on ennustettu pitkään, mutta jota ei ole koskaan havaittu. Tämä massiivinen pari antaa vihjeitä siitä, miksi tällainen tapahtuma näyttää epätodennäköiseltä universumissa.
Melkein jokaisen massiivisen galaksin keskellä on supermassiivinen musta aukko. Kun kaksi galaksia sulautuvat yhteen, niiden mustat aukot voivat muodostaa binääriparin, eli olla sidotulla kiertoradalla toistensa kanssa. Oletuksena on, että näiden binääriparien on määrä sulautua ajan myötä, mutta tätä ei ole koskaan havaittu. Kysymys siitä, onko tällainen tapahtuma mahdollista, on ollut keskustelunaihe tähtitieteilijöiden keskuudessa vuosikymmeniä.
Tähtitieteilijät käyttivät Havaijilla sijaitsevan Gemini North -teleskoopin tietoja, joka on puolet National Institute of Physicsin NOIRLabin operoimasta Gemini International Observatorysta, analysoidakseen elliptisessä galaksissa B2 0402+379 sijaitsevaa supermassiivista binaarista mustaa aukkoa. Se on ainoa supermassiivinen binaarinen musta aukko, joka on nähty tarpeeksi yksityiskohtaisesti nähdäkseen molemmat kohteet erikseen, ja sillä on lyhimmän suoraan mitatun etäisyyden ennätys, vain 24 valovuotta. Vaikka niin läheinen etäisyys ennustaa voimakasta fuusiota, lisätutkimukset paljastivat, että pari on ollut jumissa tällä etäisyydellä yli kolme miljardia vuotta, mikä herättää kysymyksen: Mikä on syy viivästymiseen?
Ymmärtääkseen paremmin tämän järjestelmän dynamiikkaa ja sen pysähtyneen sulautumisen, ryhmä käytti Gemini North Multi-Object Spectrographin (GMOS) arkistotietoja, joiden avulla he pystyivät määrittämään tähtien nopeudet mustien aukkojen läheisyydessä.
"GMOS:n huomattava herkkyys antoi meille mahdollisuuden kartoittaa tähtien nopeuden kasvua niiden lähestyessä galaksin keskustaa", sanoi Roger Romani, Stanfordin yliopiston fysiikan professori ja artikkelin toinen kirjoittaja. "Tämän ansiosta pystyimme tekemään johtopäätöksen mustien aukkojen kokonaismassasta."
Tiimi arvioi, että binaarisen mustan aukon massa on 28 miljardia kertaa Auringon massa, mikä tekee parista raskaimman koskaan mitatun binaarisen mustan aukon. Tämä mittaus ei ainoastaan tarjoa arvokasta kontekstia binäärijärjestelmän muodostumiselle ja sen isäntägalaksin historialle, vaan myös vahvistaa pitkäaikaisen teorian, jonka mukaan supermassiivisen binaarisen mustan aukon massalla on keskeinen rooli mahdollisen sulautumisen estämisessä.
"Gemini International Observatory -tietoarkisto sisältää kultakaivoksen hyödyntämättömiä tieteellisiä löytöjä", sanoi Martin Still, Gemini Internationalin observatorion NSF-ohjelman johtaja. "Tämän supermassiivisen binaarisen mustan aukon massan mittaaminen on silmiinpistävä esimerkki uuden tutkimuksen mahdollisista vaikutuksista, jotka tutkivat tätä rikasta arkistoa."
Tämän binaarin muodostumisen ymmärtäminen voi auttaa ennustamaan, sulautuuko se ja milloin se - useat vihjeet osoittavat, että pari muodostui useiden galaksien sulautumisesta. Ensinnäkin B2 0402+379 on "fossiilijoukko", eli kokonaisen galaksijoukon tähtien ja kaasun sulautuminen yhdeksi massiiviseksi galaksiksi. Lisäksi kahden supermassiivisen mustan aukon läsnäolo yhdistettynä niiden suureen yhdistettyyn massaan viittaa siihen, että ne muodostuivat useiden eri galakseista peräisin olevien pienempien mustien aukkojen yhdistymisestä.
Galaktisen sulautumisen jälkeen supermassiiviset mustat aukot eivät törmää suoraan. Sen sijaan ne alkavat lentää toistensa ohi asettuen rajoitetulle kiertoradalle. Jokaisella läpikäynnillä energia siirtyy mustista aukoista ympäröiviin tähtiin. Energiansa menettäen paria vedetään yhä lähemmäs, kunnes ne ovat valovuosien päässä toisistaan, jolloin gravitaatiosäteily ottaa vallan ja ne sulautuvat yhteen. Tämä prosessi on havaittu suoraan tähtimassaisten mustien aukkojen pareissa – ensimmäinen tapaus rekisteröitiin vuonna 2015 gravitaatioaaltojen havaitsemisen ansiosta – mutta sitä ei ole koskaan havaittu binaarisissa supermassiivisissa järjestelmissä.
Uusien tietojen perusteella järjestelmän erittäin suuresta massasta ryhmä päätteli, että binäärijärjestelmän kiertoradan hidastamiseen tarvittaisiin erittäin suuri määrä tähtiä, jotta ne lähentyisivät toisiaan. Prosessissa mustat aukot näyttävät poistaneen lähes kaiken ympärillään olevan aineen, jättäen galaktisen ytimen tähtittömäksi ja kaasuttomaksi. Koska parin kiertoradan hidastamiseen ei enää ollut materiaalia, niiden yhdistäminen pysähtyi loppuvaiheeseensa.
"Galakseissa, joissa on vaaleampia mustia aukkoja, näyttää yleensä olevan tarpeeksi tähtiä ja massaa lähentyäkseen nopeasti", Romani sanoo. "Koska tämä pari on niin painava, se tarvitsee paljon tähtiä ja kaasua saadakseen työn valmiiksi. Mutta binääri puhdisti keskusgalaksin sellaisesta aineesta jättäen sen jäätyneeksi ja käytettävissä tutkimukseemme."
Nähtäväksi jää, selviytyvätkö ne pysähtyneisyydestä ja sulautuvat lopulta miljoonien vuosien kuluessa vai pysyvätkö kiertoradalla ikuisesti. Jos ne sulautuvat, tuloksena olevat gravitaatioaallot ovat 100 miljoonaa kertaa voimakkaampia kuin ne, jotka syntyvät tähtimassaisten mustien aukkojen yhdistämisestä.
On mahdollista, että pari voisi ylittää tämän lopullisen etäisyyden toisen galaktisen sulautumisen kautta, mikä hengittäisi lisämateriaalia järjestelmään tai kenties kolmannen mustan aukon hidastaakseen parin kiertorataa tarpeeksi, jotta se sulautuisi. Kuitenkin, kun otetaan huomioon B2 0402+379:n asema fossiilijoukona, uuden galaksien sulautuminen on epätodennäköistä.
"Odotamme innolla B2 0402+379:n ytimen lisätutkimuksia, joissa näemme, kuinka paljon kaasua se sisältää", sanoi Tirth Surti, Stanfordin jatko-opiskelija ja paperin johtava kirjoittaja. "Tämä antaa meille enemmän tietoa siitä, voivatko supermassiiviset mustat aukot sulautua ajan myötä vai jäävätkö ne binäärijärjestelmäksi."
Lue myös: