Notkun gagnasjónauka úr skjalasafni Gemini norður, mældu stjörnufræðingar þyngsta par risasvarthola sem fundist hefur. Samruni tveggja risasvarthola er fyrirbæri sem lengi hefur verið spáð fyrir en aldrei sést. Þetta stórfellda par gefur vísbendingar um hvers vegna slíkur atburður virðist ólíklegur í alheiminum.
Næstum allar stórar vetrarbrautir eru með risastórt svarthol í miðjunni. Þegar tvær vetrarbrautir renna saman geta svarthol þeirra myndað tvöfalt par, það er að segja verið á bundinni braut hvor við aðra. Það er tilgáta að þessi tvöfalda pör eigi eftir að renna saman með tímanum, en það hefur aldrei sést. Spurningin um hvort slíkur atburður sé mögulegur hefur verið umræðuefni meðal stjörnufræðinga í áratugi.
Stjörnufræðingar notuðu gögn frá Gemini North sjónaukanum á Hawaii, sem er helmingur Gemini International Observatory sem rekin er af NOIRLab National Institute of Physics, til að greina risastórt tvíundir svarthol sem staðsett er í sporöskjulaga vetrarbrautinni B2 0402+379. Það er eina ofurmassífa tvíundarsvartholið sem hefur sést í nógu smáatriðum til að sjá báða hlutina í sitthvoru lagi, og það á metið í stystu fjarlægð sem hefur verið mæld beint, aðeins 24 ljósár. Þó svo náin fjarlægð lofi góðu fyrir öflugan samruna, leiddi frekari rannsókn í ljós að parið hefur verið fast í þessari fjarlægð í meira en þrjá milljarða ára, sem vekur upp spurninguna: Hver er ástæðan fyrir seinkuninni?
Til að átta sig betur á gangverki þessa kerfis og samruna þess stöðvaðist hópurinn að gagnasöfnunargögnum frá Gemini North Multi-Object Spectrograph (GMOS), sem gerði þeim kleift að ákvarða hraða stjarna í grennd við svarthol.
„Hið ótrúlega næmi GMOS gerði okkur kleift að kortleggja aukinn hraða stjarna þegar þær nálgast miðju vetrarbrautarinnar,“ sagði Roger Romani, prófessor í eðlisfræði við Stanford háskóla og meðhöfundur blaðsins. „Þökk sé þessu gátum við dregið ályktun um heildarmassa svarthola sem eru þarna.“
Hópurinn áætlar að massi tvílita svartholsins sé 28 milljarða sinnum meiri en sólar, sem gerir parið að þyngsta tvíundarsvartholi sem mælst hefur. Þessi mæling veitir ekki aðeins dýrmætt samhengi fyrir myndun tvíundarkerfisins og sögu hýsilvetrarbrautar þess, heldur staðfestir hún einnig langvarandi kenningu um að massi risavaxins tvíundarsvarthols gegni lykilhlutverki í að halda aftur af hugsanlegum samruna.
„Gagnasafn Gemini International Observatory inniheldur gullnámu af ónýttum vísindauppgötvunum,“ sagði Martin Still, NSF áætlunarstjóri Gemini International Observatory. „Að mæla massa þessa ofurmassive tvöfalda svarthols er sláandi dæmi um hugsanleg áhrif nýrra rannsókna sem skoða þetta auðuga skjalasafn.
Að skilja hvernig þessi tvöfalda myndefni getur hjálpað til við að spá fyrir um hvort og hvenær hún muni sameinast — nokkrar vísbendingar benda til þess að parið hafi myndast við samruna margra vetrarbrauta. Í fyrsta lagi er B2 0402+379 „steingervingaþyrping“, það er að segja afleiðing samruna stjarna og gass heilrar vetrarbrautaþyrpingar í eina massamikla vetrarbraut. Þar að auki bendir tilvist tveggja risasvarthola ásamt stórum samsettum massa þeirra til þess að þau hafi myndast við samruna nokkurra smærri svarthola frá mismunandi vetrarbrautum.
Eftir sameiningu vetrarbrauta rekast risasvarthol ekki beint saman. Þess í stað byrja þeir að fljúga framhjá hvor öðrum og setjast á takmarkaða braut. Við hverja ferð flyst orka frá svartholunum til stjarnanna í kring. Með því að missa orku dragast parið nær og nær þar til ljósár eru á milli þeirra, þar sem þyngdargeislun tekur við og þau renna saman. Þetta ferli hefur sést beint í pörum af stjörnumassasvartholum - fyrsta tilvikið var skráð árið 2015 þökk sé greiningu þyngdarbylgna - en hefur aldrei sést í tvíundar yfirmassakerfum.
Með nýrri þekkingu á gífurlega miklum massa kerfisins komst hópurinn að þeirri niðurstöðu að það þyrfti ákaflega mikið af stjörnum til að hægja nógu mikið á braut tvíkerfisins til að færa þær nær saman. Í því ferli virðast svarthol hafa kastað út nánast öllu efninu í kringum þau og skilið eftir sig vetrarbrautarkjarnann lausan við stjörnur og gas. Þar sem ekkert meira efni var til að hægja frekar á braut parsins, stöðvaðist sameining þeirra á lokastigi.
„Vetrarbrautir með léttari svartholapör virðast venjulega hafa nægilega mikið af stjörnum og massa til að komast fljótt nálægt,“ segir Romani. „Þar sem þetta par er svo þungt þarf mikið af stjörnum og bensíni til að vinna verkið. En tvístirnið hreinsaði miðvetrarbrautina af slíku efni, skildi það eftir frosið og tiltækt fyrir rannsókn okkar."
Hvort þeir munu sigrast á stöðnun og að lokum sameinast á milljónum ára, eða vera í svigrúmi að eilífu, á eftir að koma í ljós. Ef þær renna saman verða þyngdarbylgjur sem myndast 100 milljón sinnum öflugri en þær sem myndast við sameiningu stjörnumassasvarthola.
Það er mögulegt að parið gæti sigrast á þessari lokafjarlægð í gegnum aðra vetrarbrautasamruna, sem myndi blása viðbótarefni inn í kerfið, eða kannski þriðja svartholið, til að hægja á braut parsins nógu mikið til að það sameinist. Hins vegar, miðað við stöðu B2 0402+379 sem steingervingaþyrping, er ólíklegt að ný vetrarbrautasamruni verði til.
„Við hlökkum til frekari rannsókna á kjarna B2 0402+379, þar sem við munum sjá hversu mikið gas það inniheldur,“ sagði Tirth Surti, Stanford framhaldsnemi og aðalhöfundur blaðsins. „Þetta mun gefa okkur meiri innsýn í hvort risasvarthol geti runnið saman með tímanum, eða hvort þau verði áfram sem tvöfalt kerfi.
Lestu líka: