سیاهچاله های بسیار پرجرم در کهکشان نزدیک در آستانه برخورد گرفتار شدند

آنها زمانی اتفاق می‌افتند که دو منظومه ستاره‌ها را در یک رقص کیهانی با هم ترکیب می‌کنند.

آنها همچنین باعث ادغام تماشایی سیاهچاله های کلان جرم می شوند. نتیجه یک کهکشان بسیار تغییر یافته و یک سیاهچاله منفرد و فوق عظیم است.

این رویدادهای عظیم نیروی اصلی در تکامل کهکشان ها هستند. این است که چگونه کهکشان های کوچکتر با هم ترکیب می شوند و کهکشان های بزرگتر را تشکیل می دهند. چنین ادغام هایی از اولین دوره های زمان کیهانی ادامه داشته است.

ادغام کهکشان ها امروز ادامه دارد. راه شیری ما همچنان به بلعیدن کهکشان های کوچکتر ادامه می دهد و تا چند میلیارد سال دیگر با کهکشان آندرومدا برخورد خواهد کرد. وقتی این اتفاق بیفتد، سیاه‌چاله‌های پرجرم هر دو کهکشان نیز می‌توانند ادغام شوند.

ما کل فرآیند را از ابتدا تا انتها نمی بینیم زیرا میلیون ها سال طول می کشد تا تکمیل شود. با این حال، این امر اخترشناسان را از جست‌وجوی و یافتن شواهدی از برخورد کهکشان‌ها و سیاه‌چاله‌های کلان جرم باز نمی‌دارد.

آخرین کشف از تلسکوپ فضایی هابل (HST) برای شناسایی سه ‘نقطه داغ’ نور مرئی و درخشان در اعماق یک جفت کهکشان در حال برخورد استفاده کرد. این اهداف نسبتاً نزدیک به ما قرار دارند – فقط حدود ۸۰۰ میلیون سال نوری از ما فاصله دارند.

ستاره شناسان مشاهدات چاندرا و داده های رادیویی از آرایه بسیار بزرگ کارل جی. جانسکی را دنبال کردند.

به طور معمول، کهکشان‌هایی با هسته‌های درخشان، که هسته‌های فعال کهکشانی (به اختصار AGN) نامیده می‌شوند، در دوردست‌ها وجود دارند. آنها اغلب زودتر در زمان کیهانی دیده می شوند. فرصت مطالعه یک کهکشان و یک جفت سیاهچاله کلان پرجرم در یک برخورد در جهان ‘مدرن’ مجاور زمان خوبی برای مطالعه مکانیک چنین رویدادی است.

ردیابی برخوردهای سیاهچاله فوق العاده اولیه

کشف یک برخورد کیهانی در آینده زمانی اتفاق افتاد که دوربین پیشرفته HST برای بررسی سه نقطه پراش نوری را در قلب یک کهکشان در حال برخورد به نام MCG-03-34-64 مشاهده کرد.

دو تا از این نقاط داغ بسیار نزدیک به هم ظاهر می‌شوند – تنها با فاصله ۳۰۰ سال نوری از هم. آنها وجود گاز اکسیژن را در هسته ردیابی می کنند. توسط چیزی بسیار پرانرژی یونیزه می شود و نقاط داغ اخترشناسان را شگفت زده کرده است. (نقطه داغ سوم به خوبی درک نشده است.)

آنا ترینداد فالکائو از مرکز اخترفیزیک و هاروارد و اسمیتسونیان در کمبریج، ماساچوست گفت: ما انتظار نداشتیم چنین چیزی را ببینیم. این منظره یک اتفاق رایج در کیهان مجاور نیست و به ما گفت که چیز دیگری در داخل کهکشان در حال وقوع است.

فالکائو و همکارانش می‌خواستند بدانند چه چیزی باعث این نقاط روشن شده است. بنابراین، آنها از رصدخانه اشعه ایکس چاندرا برای تمرکز بر روی عمل استفاده کردند.

وقتی به MCG-03-34-64 در باند اشعه ایکس نگاه کردیم، دو منبع پرانرژی مجزا از هم دیدیم که با نقاط نوری درخشان نوری که با هابل دیده می‌شوند، همزمان بودند. ما این قطعات را کنار هم قرار دادیم و نتیجه‌گیری کردیم. فالکائو می‌گوید: «ما احتمالاً به دو سیاه‌چاله کلان‌جرم نزدیک به هم نگاه می‌کردیم.»

این تیم همچنین مشاهداتی از این اجرام را در داده‌های تلسکوپ رادیویی بایگانی یافتند. آن گسیل‌های رادیویی قدرتمند ثابت کردند که این جفت سیاه‌چاله وجود دارد و در حال نزدیک‌تر شدن به هم هستند.

فالکائو خاطرنشان کرد: وقتی نور درخشان را در طول موج‌های نوری، پرتوهای ایکس و رادیویی می‌بینید، بسیاری از چیزها را می‌توان رد کرد، و نتیجه‌گیری می‌شود که اینها را فقط می‌توان به عنوان سیاه‌چاله‌های نزدیک توضیح داد. ‘وقتی همه قطعات را کنار هم می گذارید، تصویر دوتایی AGN را به شما می دهد.

برخورد پیش رو

این سیاهچاله های مرکزی پرجرم شاید صد میلیون سال دیگر با هم برخورد کنند.

هر کدام در هسته یک کهکشان قرار دارند. با نزدیک شدن آن کهکشان ها به یکدیگر، سیاهچاله های قلب آنها شروع به تعامل خواهند کرد. در نهایت، آنها در یک رویداد قدرتمند با هم ادغام می شوند و امواج گرانشی را به عنوان بخشی از فرآیند منتشر می کنند.

ستاره‌شناسان (از طریق شبیه‌سازی و مشاهدات) پیشنهاد می‌کنند که ادغام کهکشان‌ها با سیاه‌چاله‌های پرجرم باعث فعالیت‌های زیادی می‌شود. با ادامه برخوردها، گاز بین ستاره ای به سمت مراکز کهکشانی جریان می یابد.

همچنین در مناطق دیگر فشرده می شود و هر دو فعالیت باعث انفجارهای تشکیل ستاره می شوند. مقداری گاز نیز بر روی سیاهچاله‌های بزرگ مرکزی تجمع می‌یابد که باعث افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای به عنوان مارپیچ مواد در دیسک برافزایش می‌شود.

این ادغام ها به طور مداوم در کیهان اتفاق می افتد. مدل‌های تکامل کهکشان‌ها، همراه با شواهد رصدی نشان می‌دهند که بسیاری از AGN‌ها در قلب کهکشان‌ها ادغام را تجربه می‌کنند. برخورد جفت سیاهچاله های پرجرم درون آن AGN ها همچنین نشان می دهد که آن سیاهچاله ها از طریق ادغام رشد می کنند.

برخوردهای ابرپرجرم سیاهچاله و تشخیص های آینده

درک ادغام AGNهای نزدیک به هم مانند آنچه در MCG MCG-03-34-64 دیده می شود، پنجره ای منحصر به فرد به مراحل نهایی آنچه که ستاره شناسان ادغام دوتایی SMBH می نامند ارائه می دهد.

چنین رویدادهایی راه اصلی برای اندازه گیری اثرات این ادغام ها بوده و خواهد بود. آنها با استفاده از رصدخانه های حساس به نور در سراسر طیف و همچنین آشکارسازهای امواج گرانشی آینده، زمینه مطالعاتی غنی را ارائه خواهند داد.

این ردیابی ها به نسخه های پیشرفته رصدخانه امواج گرانشی تداخل سنج لیزری (LIGO) نیاز دارند که اولین تشخیص خود را تنها چند سال پیش انجام داد. امواج گرانشی ناشی از ادغام سیاهچاله های بزرگ هدف ابزارهای آینده مانند LISA (مخفف Laser Interferometer Space Antenna) خواهند بود.

این سه آشکارساز فضایی را با فاصله میلیون‌ها مایل از هم به کار خواهد گرفت تا امواج گرانشی با طول موج بلندی را که هنگام برخورد غول‌های سیاه‌چاله‌ای مانند آنچه در MCG-03-34-64 منتشر می‌شوند، به تصویر بکشد.

از آنجایی که این ادغام ها در سراسر جهان رخ می دهد، این یک زمینه مطالعاتی غنی خواهد بود که به درک ما از ادغام کهکشان ها به عنوان بخشی از تکامل کیهانی کمک زیادی می کند.