Para astronom telah melihat tiga lubang hitam supermasif (SMBH) di pusat tiga galaksi yang bertabrakan satu miliar tahun cahaya dari Bumi. Ini adalah bukti bahwa ketiganya juga merupakan inti galaksi aktif (AGN,) yang melahap material dan menyala terang.
Penemuan ini dapat menjelaskan "masalah parsec terakhir," masalah lama dalam astrofisika dan merger lubang hitam.
Para astronom menemukan tiga SMBH dalam data dari beberapa teleskop, termasuk Sloan Digital Sky Survey (SDSS,) Chandra X-ray Observatory, dan Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE.) Tiga lubang hitam terbungkus dalam hampir Peristiwa epik yang tak terbayangkan; penggabungan tiga galaksi. Penggabungan triplet ini mungkin memainkan peran penting dalam bagaimana lubang hitam paling besar tumbuh seiring waktu.
"Ini adalah bukti terkuat yang ditemukan untuk sistem tripel supermasif black hole yang aktif memberi makan."
Ryan Pfeifle, Universitas George Mason, Penulis Utama.
Para astronom yang menemukannya tidak berharap menemukan tiga lubang hitam di tengah merger tiga galaksi.
"Kami hanya mencari pasangan lubang hitam pada saat itu, namun, melalui teknik seleksi kami, kami menemukan sistem yang menakjubkan ini," kata Ryan Pfeifle dari Universitas George Mason di Fairfax, Virginia, penulis pertama sebuah makalah baru di The Astrophysical Journal menggambarkan hasil ini. "Ini adalah bukti terkuat yang ditemukan untuk sistem tripel supermasif black hole yang aktif memberi makan."
Sistem lubang hitam rangkap sulit dikenali karena ada banyak hal yang terjadi di lingkungan mereka. Mereka diselimuti gas dan debu yang membuatnya sulit untuk dilihat. Dalam studi ini, dibutuhkan beberapa teleskop yang beroperasi di berbagai bagian spektrum elektromagnetik untuk mengungkap tiga lubang. Itu juga mengambil pekerjaan beberapa ilmuwan warga.
Mereka tidak hanya sulit dikenali, tetapi jarang. "Lubang hitam ganda dan rangkap tiga sangat langka," kata rekan penulis Shobita Satyapal, juga dari George Mason, "tetapi sistem seperti itu sebenarnya merupakan konsekuensi alami dari penggabungan galaksi, yang kami pikir adalah bagaimana galaksi tumbuh dan berevolusi."
SDSS adalah yang pertama kali menemukan penggabungan rangkap tiga ini dalam cahaya tampak, tetapi hanya melalui Kebun Binatang Galaxy, proyek sains warga negara, yang diidentifikasi sebagai sistem tabrakan galaksi. Kemudian WISE melihat bahwa sistem itu bersinar dalam infra merah, menunjukkan bahwa ia berada dalam fase penggabungan galaksi ketika lebih dari satu lubang hitam diharapkan untuk memberi makan.
Data Sloan dan WISE hanyalah petunjuk yang menggiurkan, dan para astronom beralih ke Chandra Observatory dan Large Binocular Telescope (LBT) untuk konfirmasi lebih lanjut. Pengamatan Chandra menunjukkan bahwa ada sumber sinar-X yang terang di tengah setiap galaksi. Tepat di situlah para ilmuwan berharap menemukan SMBH.
Lebih banyak bukti yang menunjukkan bahwa SMBH ada di sana datang dari satelit Chandra dan Nrayar Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) NASA. Mereka menemukan bukti gas dan debu dalam jumlah besar di dekat salah satu lubang hitam. Itu diharapkan ketika lubang hitam bergabung. Data cahaya optik lainnya dari SDSS dan LBT memberikan bukti spektral yang menjadi ciri khas dari ketiga pemakan SMBH.
"Spektrum optik berisi banyak informasi tentang galaksi," kata rekan penulis Christina Manzano-King dari University of California, Riverside. "Mereka umumnya digunakan untuk mengidentifikasi secara aktif mencari lubang hitam supermasif dan dapat mencerminkan dampaknya pada galaksi yang mereka huni."
Dengan karya ini, tim astronom telah mengembangkan cara untuk menemukan lebih banyak dari sistem lubang hitam rangkap tiga ini. “Melalui penggunaan observatorium besar ini, kami telah mengidentifikasi cara baru mengidentifikasi tiga lubang hitam supermasif. Setiap teleskop memberi kita petunjuk berbeda tentang apa yang terjadi dalam sistem ini, "kata Pfeifle. "Kami berharap dapat memperluas pekerjaan kami untuk menemukan lebih banyak tiga kali lipat menggunakan teknik yang sama."
Mereka mungkin juga menjelaskan masalah parsec terakhir.
Masalah Parsec Terakhir
Masalah parsec terakhir adalah pusat pemahaman kita tentang penggabungan lubang hitam biner. Ini adalah masalah teoretis yang mengatakan ketika dua lubang hitam saling mendekati, energi orbitalnya yang berlebihan menghentikan mereka untuk bergabung. Mereka dapat mencapai dalam beberapa tahun cahaya, kemudian proses penggabungan terhenti.
Ketika dua lubang hitam pada awalnya saling mendekati, lintasan hiperboliknya membawa mereka melewati satu sama lain. Seiring waktu, ketika dua lubang berinteraksi dengan bintang-bintang di sekitarnya, mereka menjepretkan bintang secara gravitasi, mentransfer sebagian energi orbital mereka ke bintang setiap kali mereka melakukannya. Emisi gelombang gravitasi juga mengurangi energi lubang hitam.
Akhirnya kedua lubang hitam itu mencurahkan cukup energi orbital untuk memperlambat dan mendekati satu sama lain lebih dekat, dan sampai pada hanya beberapa parsec satu sama lain. Masalahnya adalah, ketika mereka menutup jarak, semakin banyak materi dikeluarkan dari sekitarnya melalui sling-shotting. Itu berarti tidak ada lagi masalah bagi black hole untuk berinteraksi dan melepaskan lebih banyak energi orbital. Pada titik itu, proses penggabungan terhenti. Atau seharusnya begitu.
Namun ahli astrofisika tahu bahwa lubang hitam bergabung karena mereka menyaksikan gelombang gravitasi yang kuat. Faktanya, LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) menemukan penggabungan lubang hitam seminggu sekali. Bagaimana mereka bergabung satu sama lain di akhir disebut masalah parsec akhir.
Tim di balik penelitian ini berpikir bahwa mereka mungkin punya jawaban. Mereka berpikir bahwa black hole ketiga, seperti yang mereka amati dalam sistem ini, dapat memberikan dorongan yang diperlukan untuk membuat dua lubang bergabung. Ketika sepasang lubang hitam dalam sistem triner saling mendekati, lubang ketiga dapat memengaruhi mereka untuk menutup parsec terakhir dan bergabung.
Menurut simulasi komputer, sekitar 16% pasang lubang hitam supermasif dalam galaksi yang bertabrakan akan berinteraksi dengan lubang hitam supermasif ketiga sebelum mereka bergabung. Penggabungan tersebut akan menghasilkan gelombang gravitasi, tetapi masalahnya adalah bahwa gelombang itu akan terlalu rendah untuk LIGO atau observatorium VIRGO untuk dideteksi.
Untuk mendeteksi itu, para ilmuwan mungkin harus bergantung pada observatorium masa depan seperti LISA, ESA / Laser Interferometer Space Antenna NASA. LISA akan mengamati gelombang gravitasi frekuensi yang lebih rendah daripada LIGO atau VIRGO dan lebih siap untuk menemukan penggabungan lubang hitam super-masif.
Makalah yang menyajikan hasil ini berjudul "AGN Tiga Kali Lipat dalam Penggabungan Galaxy Tahap Akhir Inframerah-Terpilih."
Lebih:
- Siaran Pers: Ditemukan: Tiga Lubang Hitam Saat Bertabrakan
- Makalah Penelitian: AGN Tiga Kali Lipat dalam Penggabungan Galaxy Tahap Akhir Infra Merah Terpilih
- Wikipedia: Masalah Parsec Terakhir
- LISA: Antena Antariksa Laser Interferometer
