Столкновения галактик являются основополагающими событиями во Вселенной. Они происходят, когда две системы смешивают звезды в космическом танце. Они также вызывают впечатляющие слияния сверхмассивных черных дыр. Результатом является одна очень измененная галактика и единичная сверхмассивная черная дыра.
Эти колоссальные события являются основной силой в эволюции галактик. Это то, как меньшие галактики объединяются, образуя все более крупные. Такие слияния происходят с самых ранних эпох космического времени. Слияния галактик продолжаются и сегодня. Наш Млечный Путь продолжает поглощать более мелкие и столкнется с галактикой Андромеды через несколько миллиардов лет. Когда это произойдет, сверхмассивные черные дыры обеих галактик также могут слиться.
Мы не видим весь процесс от начала до конца, потому что на его завершение уходят миллионы лет. Тем не менее, это не мешает астрономам искать — и находить — доказательства столкновений галактик и сверхмассивных черных дыр. Последнее открытие было сделано с помощью космического телескопа Хаббл (HST), чтобы обнаружить три яркие, видимые световые «горячие точки» глубоко внутри пары сталкивающихся галактик. Эти цели находятся относительно близко к нам — всего в 800 миллионах световых лет от нас. Астрономы продолжили наблюдения с помощью Chandra и радиоданных с Очень большого массива Карла Г. Янского.
Обычно галактики с яркими ядрами, называемые «активными ядрами галактик» (сокращенно AGN), существуют очень далеко. Их часто можно увидеть раньше в космическом времени. Шанс изучить галактику и пару сверхмассивных черных дыр в столкновении в «современной» близлежащей Вселенной — это хорошее время для изучения механики такого события.
Обнаружение зарождающихся столкновений сверхмассивных черных дыр
Открытие будущего космического столкновения произошло, когда усовершенствованная камера для обзоров HST обнаружила три оптических дифракционных пика в центре сталкивающейся галактики под названием MCG-03-34-64. Две из этих «горячих точек» кажутся очень близкими друг к другу — всего около 300 световых лет друг от друга. Они отслеживают присутствие кислородного газа в ядре. Он ионизируется чем-то очень энергичным, и горячие точки удивили астрономов. (Третья горячая точка не очень хорошо изучена.) «Мы не ожидали увидеть что-то подобное», — сказала Анна Триндаде Фалькао из Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт в Кембридже, Массачусетс. «Этот вид не является обычным явлением в близлежащей Вселенной и сказал нам, что внутри галактики происходит что-то еще».
Фалькао и ее коллеги хотели узнать, что именно вызывает эти яркие пятна. Поэтому они использовали рентгеновскую обсерваторию Chandra, чтобы сосредоточиться на действии. «Когда мы смотрели на MCG-03-34-64 в рентгеновском диапазоне, мы увидели два отдельных мощных источника высокоэнергетического излучения, совпадающих с яркими оптическими точками света, наблюдаемыми с помощью Hubble. Мы сложили эти части вместе и пришли к выводу, что, вероятно, мы смотрим на две близко расположенные сверхмассивные черные дыры», — сказал Фалькао.
Команда также нашла наблюдения этих объектов в архивных данных радиотелескопа. Эти мощные радиоизлучения доказали, что пара черных дыр существует и приближается друг к другу. «Когда вы видите яркий свет в оптическом, рентгеновском и радиодиапазоне, можно исключить многое, придя к выводу, что их можно объяснить только как близкие черные дыры», — отметил Фалькао. Когда вы складываете все части вместе, вы получаете картину дуэта AGN».
Предстоящее столкновение
Эти центральные сверхмассивные черные дыры столкнутся, возможно, через сто миллионов лет. Каждая из них находится в ядре одной галактики. По мере того, как эти галактики будут все больше сближаться, черные дыры в их сердцах начнут взаимодействовать. В конце концов, они сольются в мощном событии, испуская гравитационные волны как часть процесса.
Астрономы предполагают (через моделирование и наблюдения), что слияния галактик со сверхмассивными черными дырами вызывают большую активность. По мере того, как столкновения происходят, межзвездный газ течет к галактическим центрам. Он также сжимается в других регионах, и оба вида активности вызывают вспышки звездообразования. Часть газа также аккрецируется на эти центральные сверхмассивные черные дыры, вызывая повышенные выбросы, когда материал движется по спирали через аккреционный диск.
Эти слияния происходят во Вселенной постоянно. Модели эволюции галактик в сочетании с данными наблюдений предполагают, что многие AGN в сердце галактик испытывают слияния. Сталкивающиеся пары сверхмассивных черных дыр внутри этих AGN также предполагают, что эти черные дыры растут посредством слияний.
Столкновения сверхмассивных черных дыр и будущие обнаружения
Понимание слияния близко расположенных активных ядер галактик, таких как те, что наблюдаются в MCG MCG-03-34-64, открывает уникальное окно в последние стадии того, что астрономы называют «двойным слиянием сверхмассивных чёрных дыр». Такие события являются и будут оставаться основным способом измерения эффектов этих слияний. Они предложат богатое поле для исследований с использованием обсерваторий, чувствительных к свету по всему спектру, а также будущих детекторов гравитационных волн.
Для этих обнаружений потребуются усовершенствованные версии лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), которая сделала свои первые обнаружения всего несколько лет назад. Гравитационные волны, вызванные слиянием сверхмассивных черных дыр, станут целью будущих инструментов, таких как LISA (сокращение от Laser Interferometer Space Antenna). Она развернет три космических детектора на расстоянии миллионов миль друг от друга, чтобы улавливать длинноволновые гравитационные волны, испускаемые при столкновении черных дыр-гигантов, таких как те, что в MCG-03-34-64. Поскольку эти слияния происходят по всей Вселенной, это будет богатая область исследований, которая вносит большой вклад в наше понимание слияний галактик как части космической эволюции.
Для получения дополнительной информации
Телескопы NASA Hubble и Chandra обнаружили дуэт сверхмассивных черных дыр
Разрешение кандидата на двойное активное галактическое ядро с разделением ~100 пк в MCG-03-34-64
