• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Går supermassiva svarta hål samman och bildar binära system?

    Penn State professor i astronomi och astrofysik Micheal Eracleous vid Kitt Peak National Observatory i Tuscon, Arizona. Kredit:Micheal Eracleous

    I mitten av de flesta galaxer finns svarta hål så massiva – upp till flera miljarder gånger vår sols massa – att de har fått beteckningen "supermassiv". Jämför detta med ditt vanliga svarta hål med stjärnmassa, ynka 10 till 100 gånger vår sols massa. Att förstå dessa supermassiva svarta hål kommer att hjälpa astronomer att förstå galaxernas ursprung och utveckling. En öppen fråga är om de kan bilda binärer.

    Stjärnmassa svarta hål bildar binära system, två svarta hål som kretsar runt varandra, om de bildas från kollapsen av ett binärt stjärnsystem, eller möjligen när två svarta hål fångar varandra i sin gravitationskraft. De spirar in, så småningom smälter samman i en händelse så kraftfull att den skickar en krusning genom rum och tid, känd som en gravitationsvåg. Några år sedan, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) upptäckte gravitationsvågor från en sådan händelse för första gången.

    Teoretiskt alltså, sammanslagning av två galaxer kan resultera i ett binärt svart hål av den supermassiva sorten, men hittills har astronomer inte otvetydigt upptäckt en av dessa händelser. Penn State professor i astronomi och astrofysik Michael Eracleous är i framkant av jakten.

    "För ungefär tio år sedan flera tidningar publicerades som hävdade att de upptäckt binära supermassiva svarta hål, " sa han. "Jag hade arbetat en del med binära supermassiva svarta hål som doktorand, så jag kände mig tvungen att inleda ett projekt för att samla in mycket data för att kunna göra en motpol till påståendena i dessa papper. När jag väl kom in i det, Jag såg hur kopplat det var till galaxens evolution."

    "När jag kom till Penn State, Jag visste att avdelningen passade perfekt för den typ av forskning jag gör, " sa han. "Jag har fått några bra kontakter med mina kollegor här, och nu vet jag att om jag någonsin har fastnat, allt som behövs är en kopp kaffe och ett samtal för att reda ut saker och ting."

    Så hur letar du efter något du aldrig sett?

    "I mycket av astronomi, observation kommer först - vi ser något och det informerar vår teori, " sade Eracleous. "För binära supermassiva svarta hål, teorin driver observationerna. Tills vi hittar en, frågorna är "ska de finnas?" och "Ska vi leta efter dem?" Och svaret på båda frågorna är definitivt "Ja".

    En stor skillnad mellan supermassiva svarta hål och svarta hål med stjärnmassa är gas. När svarta hål av stjärnmassa bildas efter att en stjärna exploderar i en supernova, det mesta av gasen drivs bort. Men supermassiva svarta hål tros bära gaser med sig. Dessa gaser avger ljussignaler som kan detekteras av stora teleskop utrustade med spektrografer här på jorden, som 11-meters Hobby-Eberly-teleskopet (HET).

    Eracleous förklarade att gaserna detekteras av spektrografen som emissionslinjer med en viss våglängd och att de kan hålla nyckeln till att identifiera en supermassiv binär. När de svarta hålen kretsar runt varandra, emissionsledningarna från dessa gaser skiftar på grund av Dopplereffekten. Emissionslinjerna från ett svart hål förskjuts till längre våglängder, och de från den andra skiftas till kortare våglängder. Så forskare förväntar sig två separata utsläppslinjer, en från varje svart hål.

    "Om vi ​​kunde följa utsläppslinjerna under en omloppsbana, vi skulle se dem korsa fram och tillbaka när signalerna från varje svart hål skiftade åt det ena hållet och sedan åt det andra, " sa Eracleous.

    Självklart, själva sökningen är inte så enkel. Praktiska funktioner som begränsad tillgänglighet av tid på de stora teleskopen som är nödvändiga för att göra dessa observationer innebär att astronomer inte bara kan titta och vänta på att se tecken på en supermassiv binär. Men de behöver inte. Istället, de identifierar kandidater från en första undersökning och gör regelbundna incheckningar för att se om spektra från dessa kandidater har förändrats som förväntat baserat på teoretiska modeller.

    "Att använda Hobby-Eberly-teleskopet för att göra dessa observationer gör vårt liv enklare eftersom vi inte ens behöver gå till observatoriet för att samla in data, ", sa Eracleous. "HET drivs av inhemska astronomer som gör observationerna och skickar data till oss."

    Processen är långsam, men Eracleous förklarade att när de väl hittar ett binärt supermassivt svart hål, sökningen bör accelerera.

    "Det första bekräftade binära supermassiva svarta hålet kommer att vara som Rosettastenen, " sade han. "Det kommer att berätta för oss vilka av våra modeller som var rätt och vilka som var fel. Det kommer att tillåta oss att förfina våra nästa sökningar och vi borde kunna hitta fler."

    Astronomer utvecklar redan tekniken för nästa sökning. Eracleous är involverad i planeringen av Laser Interferometer Space Antenna (LISA). LISA är för LIGO vad ett supermassivt svart hål är för ett svart hål med stjärnmassa. Där LIGO består av två fyra kilometer långa lasrar i rät vinkel mot varandra, LISA:s tre rymdfarkoster kommer att kopplas samman med lasrar som färdas 2,5 miljoner kilometer och bildar en liksidig triangel. LISAs skala och det faktum att den är rymdbaserad gör att den kan upptäcka lågvåglängds gravitationsvågor borta från bullerkällor här på jorden.

    "LISA kommer att trimmas för att hitta gravitationsvågor som de som skulle bli resultatet av en supermassiv sammanslagning av svarta hål, " sa Eracleous.

    För Eracleous, Penn State Department of Astronomy and Astrophysics har tillhandahållit den stödjande miljö som krävs för hans sökning.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com