Konstnärens koncept av ett supermassivt svart hål och dess omgivande skiva av gas. Inbäddade i denna skiva finns två mindre svarta hål som kretsar runt varandra. Med hjälp av data från Zwicky Transient Facility (ZTF) vid Palomar Observatory, Forskare har identifierat en ljusbloss som misstänks ha kommit från ett sådant binärt par strax efter att de smälte samman till ett större svart hål. Sammanslagningen av de svarta hålen skulle ha fått dem att röra sig i en riktning inom skivan, att plöja igenom gasen på ett sådant sätt att det skapas en lätt flamma. Fyndet, även om det inte är bekräftat, kan uppgå till första gången som ljus har setts från ett sammansmältande par svarta hål. Dessa sammanslagna svarta hål upptäcktes först den 21 maj, 2019, av National Science Foundations Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) och European Virgo-detektor, som plockade upp gravitationsvågor som genererades av sammanslagningen. Kredit:Caltech/R. Hurt (IPAC)
När två svarta hål går i spiral runt varandra och till slut kolliderar, de skickar ut krusningar i rum och tid som kallas gravitationsvågor. Eftersom svarta hål inte avger ljus, dessa händelser förväntas inte lysa med några ljusvågor, eller elektromagnetisk strålning. Graduate Center, KUNYA astrofysikerna K. E. Saavik Ford och Barry McKernan har föreslagit sätt på vilka en sammanslagning av svarta hål kan explodera med ljus. Nu, för första gången, astronomer har sett bevis på ett av dessa ljusproducerande scenarier. Deras resultat finns tillgängliga i de aktuella numren av Fysiska granskningsbrev .
Ett team bestående av forskare från The Graduate Center, KUNIG; Caltechs Zwicky Transient Facility (ZTF); Borough of Manhattan Community College (BMCC); och American Museum of Natural History (AMNH) upptäckte vad som verkar vara en ljusbloss från ett par sammansmälta svarta hål. Händelsen (kallad S190521g) identifierades först av National Science Foundations (NSF) Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) och European Virgo-detektorn den 21 maj, 2019. När de svarta hålen smälte samman, vibrerande rum och tid, de skickade ut gravitationsvågor. Kort därefter, forskare vid ZTF - som ligger vid Palomar Observatory nära San Diego - granskade sina inspelningar av samma händelse och upptäckte vad som kan vara en ljusflamma som kommer från de sammansmältande svarta hålen.
"I mitten av de flesta galaxer lurar ett supermassivt svart hål. Det är omgivet av en svärm av stjärnor och döda stjärnor, inklusive svarta hål, " sa studiemedförfattare Ford, en professor vid Graduate Center, BMCC och AMNH. "Dessa föremål svärmar som arga bin runt den monstruösa bidrottningen i centrum. De kan kort hitta gravitationspartners och para ihop sig men förlorar vanligtvis sina partner snabbt till den galna dansen. Men i ett supermassivt svart håls skiva, den strömmande gasen omvandlar svärmens mosh pit till en klassisk menuett, organisera de svarta hålen så att de kan paras ihop, " hon säger.
När de svarta hålen smälter samman, Den nya, nu större svarta hålet upplever en spark som skickar det i en slumpmässig riktning, och den plöjer igenom gasen i skivan. "Det är gasens reaktion på denna fartkula som skapar en ljus flamma, synlig med teleskop, " sa medförfattaren McKernan, en astrofysikprofessor med The Graduate Center, BMCC och AMNH.
"Det här supermassiva svarta hålet brumlade fram i flera år innan detta mer abrupta bloss, " sa studiens huvudförfattare Matthew Graham, en forskningsprofessor i astronomi vid Caltech och projektforskare för ZTF. "Blossningen inträffade på rätt tidsskala, och på rätt plats, att sammanfalla med gravitationsvågens händelse. I vår studie, vi drar slutsatsen att blossen troligen är resultatet av en sammanslagning av svarta hål, men vi kan inte helt utesluta andra möjligheter."
"ZTF utformades speciellt för att identifiera nya, sällsynt, och olika typer av astronomisk aktivitet som denna, " sade NSFs division för astronomisk vetenskap, chef Ralph Gaume. "NSFs stöd för ny teknik fortsätter att utöka hur vi kan spåra sådana händelser."
En sådan flare förutspås börja dagar till veckor efter det första stänket av gravitationsvågor som produceras under sammanslagningen. I detta fall, ZTF fångade inte händelsen direkt, men när forskarna gick tillbaka och tittade igenom ZTF-arkivbilder månader senare, de hittade en signal som startade dagar efter gravitationsvåghändelsen i maj 2019. ZTF observerade att blossen sakta bleknade under en månadsperiod.
Forskarna försökte få en mer detaljerad titt på ljuset från det supermassiva svarta hålet, kallas ett spektrum, men när de tittade, blossen hade redan bleknat. Ett spektrum skulle ha erbjudit mer stöd för tanken att blossen kom från sammanslagning av svarta hål inom skivan av det supermassiva svarta hålet. Dock, forskarna säger att de i stort sett kunde utesluta andra möjliga orsaker till den observerade blossen, inklusive en supernova eller en tidvattenavbrottshändelse, som uppstår när ett svart hål i huvudsak äter upp en stjärna.
Vad är mer, teamet säger att det inte är troligt att blossen kom från det vanliga mullret från det supermassiva svarta hålet, som regelbundet matar av sin omgivande skiva. Genom att använda Catalinas realtidsövergående undersökning, ledd av Caltech, de kunde bedöma beteendet hos det svarta hålet under de senaste 15 åren, och fann att dess aktivitet var relativt normal fram till maj 2019, när det plötsligt intensifierades.
"Supermassiva svarta hål som det här har blossar hela tiden. De är inte tysta föremål, men timingen, storlek, och platsen för denna bloss var spektakulär, " sa medförfattaren Mansi Kasliwal (MS '07, Ph.D. '11), en biträdande professor i astronomi vid Caltech. "Anledningen till att leta efter bloss som denna är så viktigt är att det hjälper enormt med frågor om astrofysik och kosmologi. Om vi kan göra det här igen och upptäcka ljus från sammanslagningar av andra svarta hål, då kan vi spika fast dessa svarta håls hem och lära oss mer om deras ursprung."
Det nybildade svarta hålet bör orsaka ytterligare en bloss de närmaste åren. Processen att sammanfoga gav objektet en kick som borde få det att komma in i det supermassiva svarta hålets skiva igen, producerar ytterligare en ljusblixt som ZTF borde kunna se.
Tidningen heter, "En kandidat för elektromagnetisk motsvarighet till den binära svarta hålsfusionens gravitationsvåghändelse GW190521g."
