Dữ liệu quang học từ Kính viễn vọng Không gian Hubble và Khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan được hiển thị với các quan sát tia X được thu thập bởi Kính viễn vọng Không gian Chandra, mỗi kính hiển thị SDSS J084905.51 + 111447.2, mà các nhà khoa học tin rằng đó là sự hợp nhất ba lỗ đen.
(Ảnh: © X-quang: NASA / CXC / George Mason Univ./R. Pfeifle và cộng sự; Quang học: SDSS & NASA / STScI)
Mang ba trong số những vật thể lớn nhất trong vũ trụ, kết hợp chúng và các thiên hà xung quanh với nhau, và pháo hoa chắc chắn sẽ rất đáng kinh ngạc - và có thể, một ngày nào đó, các nhà khoa học sẽ thấy vụ va chạm.
Ngày đó vẫn chưa đến. Nhưng bây giờ, các nhà thiên văn học đã đến gần, phát hiện ra điều gì có thể xảy ra với sự hợp nhất khổng lồ như vậy: Ba thiên hà, mỗi thiên hà có khả năng che giấu một siêu khối hố đen tại trái tim của họ, tất cả đều nằm trong một quá trình va chạm có thể giúp các nhà khoa học hiểu tại sao vũ trụ trông giống như vậy.
"Bởi vì các hệ thống này rất hiếm, nên chúng tôi thực sự không biết nhiều về chúng như một dân số, đó là lý do tại sao việc tìm thấy nhiều trong số chúng là quan trọng", Ryan Pfeifle, tác giả chính của nghiên cứu mới mô tả về phát hiện và nghiên cứu sinh ở thiên văn học tại Đại học George Mason, nói với Space.com. "Nếu chúng ta có thể tìm thấy nhiều hơn, chúng ta có thể nghiên cứu chúng như một dân số và nói," OK, nói chung đây là những gì các hệ thống này có xu hướng hành xử như thế nào. "
Sáp nhập các lỗ đen nghe có vẻ như tin cũ, nhưng sự kiện này không giống như những vụ va chạm mà các nhà khoa học đã "nghe thấy" qua sóng hấp dẫn chỉ trong vài năm qua. Những tín hiệu này được tạo ra bởi va chạm của lỗ đen mỗi cái có thể nhiều gấp vài chục lần khối lượng mặt trời của chúng ta, giống như hai giọt nước dễ dàng hòa vào nhau trên một chiếc áo mưa.
Mỗi lỗ đen siêu lớn tham gia vào nghiên cứu mới chứa khối lượng hàng trăm triệu mặt trời và được bao quanh bởi toàn bộ các thiên hà của các ngôi sao và các hành tinh và mặt trăng. Vụ va chạm của họ sẽ giống như hai con sông đang hoành hành phá vỡ một con đập và định hình lại cảnh quan với lũ lụt. Một sự kiện như vậy sẽ tạo ra sóng hấp dẫn, nhưng có độ dài đáng kinh ngạc đến mức các máy dò hiện đại chỉ đơn giản là không thể cảm nhận được chúng.
Nhưng đó là những loại tương tác mà các nhà thiên văn học tin là rất quan trọng để biến vũ trụ thành giống như ngày nay, với sự bí ẩn lỗ đen siêu lớn. Shobita Satyapal, cố vấn và đồng tác giả của Pfeifle và một nhà vật lý thiên văn tại Đại học George Mason, nói: "Không ai thực sự biết làm thế nào họ có thể trở nên khổng lồ khá sớm trong lịch sử vũ trụ". "Một trong những cơ chế hấp dẫn nhất mà chúng có thể phát triển nhanh chóng là thông qua các vụ sáp nhập thiên hà này."
Vì vậy, các nhà nghiên cứu muốn cố gắng phát hiện ra một sự hợp nhất như vậy trước khi nó xảy ra. Các nhà phân tích dữ liệu tình nguyện đã đánh dấu một tập hợp các mục tiêu dựa trên các phép đo ánh sáng hồng ngoại là các vị trí tiềm năng nơi hai thiên hà trưởng thành đang va chạm.
"Chúng tôi quyết định tìm kiếm các lỗ đen bằng cách sử dụng các kỹ thuật chưa từng được sử dụng trước đây, các kỹ thuật nhạy cảm với che khuất", Satyapal nói. "Đó là một cách tiếp cận mới để tìm kiếm những lỗ đen nuôi dưỡng này bằng các công cụ thường không được sử dụng trong các tương tác giai đoạn cuối này."
Nhóm nghiên cứu mới đã thu thập các quan sát bổ sung về những nơi này bằng cách sử dụng Đài quan sát tia X Chandra của NASA. Các nhà khoa học hy vọng rằng dữ liệu bổ sung sẽ tiết lộ một lỗ đen siêu lớn đang ăn vật chất và phun ra tia X ở trung tâm của mỗi thiên hà trong các cặp hợp nhất này. Việc khóa vào tia X rất quan trọng, vì những vật thể này bị cuốn vào những đám mây bụi và khí chặn các loại ánh sáng khác.
Nhưng một cặp, hóa ra, không phải là điều đó - do đó nghiên cứu mới. Hệ thống được nhắm mục tiêu chính thức được gọi là SDSS J084905.51 + 111447.2, nhưng chúng ta chắc chắn không gọi nó là như vậy. Phiên bản rút gọn của tên của nó là SDSS J0849 + 1114; chúng ta cũng đừng gọi nó như vậy. Chúng ta có thể đặt biệt danh cho nó là Triple không? Cám ơn rất nhiều.
Dù sao, Pfeifle đã tham gia dự án để phân tích Quan sát Chandra của Triple và các vụ sáp nhập tiềm năng khác. Lần đầu tiên anh xem qua dữ liệu của Triple, nó có vẻ đầy hứa hẹn như các bộ đôi tiềm năng khác. Chỉ đến khi xem lại dữ liệu, anh mới nhận ra có gì đó khác biệt.
"Khi tôi chỉ nhìn vào hình ảnh tia X, tôi thực sự không nhận ra rằng chúng là ba nguồn tia X chỉ vì tôi là một sinh viên trẻ tốt nghiệp ngây thơ," Pfeifle nói. Nhưng sau đó, ông đã thêm dữ liệu quang học về khu vực này. "Khi tôi xếp hàng, đột nhiên mọi thứ nhấp vào và tôi nói, 'Ồ, đợi một chút, đó là điều gì đó đáng nghi xảy ra ở đó.'" Kết quả là một nỗi ám ảnh hai năm để xác định liệu có thực sự có ba thiên hà lỗ đen siêu lớn hợp nhất .
. phân tích của họ đến máy chủ in trước arXiv.org vào tháng 7 và đã từ chối một cuộc phỏng vấn với Space.com tại thời điểm đó vì nó đang được đánh giá ngang hàng để xuất bản. "Họ đã đi đến một kết luận tương tự", Satyapal nói, người nói thêm rằng nhóm của họ bắt đầu viết lên kết quả của họ vào tháng Hai. "Thật vui khi thấy có sự ăn mòn.")
Nghiên cứu của Pfeifle và Satyapal cho rằng Triple là ba thiên hà có thể va chạm với nhau - mặc dù chúng chỉ đơn giản có thể gặm cỏ lẫn nhau, không đủ gần để chìm vào vòng xoáy cuối cùng. Nếu đó là một sự hợp nhất thực sự, các nhà khoa học không thể chắc chắn bao lâu nữa có thể xảy ra vụ va chạm lớn, mặc dù từ khi bắt đầu đến khi kết thúc một vụ sáp nhập như vậy có thể mất khoảng một triệu năm.
Ngay bây giờ, các thiên hà nằm trong khoảng từ 11.000 đến 23.800 năm ánh sáng từng phần từ mỗi người. Một trong ba người chắc chắn che giấu một lỗ đen siêu lớn đang ăn ở trung tâm của nó; hai nhà nghiên cứu khác dường như cũng vậy, nhưng không hiển thị tín hiệu nhận biết giống như lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu cho biết.
Ngược lại, các hệ thống như Triple có thể có nhiều thông tin hơn các cặp mà nhóm thực sự đang săn lùng. Sự hợp nhất hai phần có thể bò dọc theo, mất nhiều thời gian hơn tuổi thọ của vũ trụ để tham gia, nhưng sự hiện diện của thiên hà thứ ba dường như có thể đẩy lùi sự va chạm, đánh giá bởi các nhà khoa học mô phỏng các sự kiện như vậy.
Những mô phỏng đó cũng cho thấy những gì có thể trở thành của Triple nếu nó các thiên hà làm một ngày nào đó va chạm. "Vẫn còn một thiên hà, loại tàu đắm này ban đầu," Satyapal nói. Động lực của một vụ va chạm có thể làm cong các thiên hà riêng lẻ có thể đã bắt đầu, như những vòng xoáy có cấu trúc tinh tế của các ngôi sao như Dải Ngân hà của chúng ta, thành một thứ gì đó ngoài sự công nhận.
"Chúng tôi nghĩ rằng những sự hợp nhất này, chúng không chỉ phát triển lỗ đen, mà chúng thực sự biến một thiên hà đĩa thành một thiên hà hình elip khổng lồ", Satyapal nói. "Bạn chỉ cần có một quả bóng sao lớn với một lỗ đen khổng lồ."
Nghiên cứu được mô tả trong một tờ giấy được đăng vào ngày 7 tháng 8 tới máy chủ in sẵn arXiv.org và được chấp nhận để xuất bản trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
- Vũ trụ X-Ray của chúng tôi: Những bức ảnh tuyệt vời của Đài thiên văn Chandra X-Ray của NASA
- Xem Vùng lân cận tia X của Ảnh lỗ đen đầu tiên trong Chế độ xem Kính viễn vọng Không gian này
- NASA công bố những quan điểm vũ trụ tuyệt vời khi đài thiên văn Chandra X-Ray bước sang tuổi 20
