天文学者たちはお互いの周りを周回する3つの超巨大ブラックホールのある場所を発見しました

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天文学者は、地球から10億光年離れた3つの衝突する銀河の中心に3つの超大質量ブラックホール（SMBH）を発見しました。これは、3つすべてが銀河核（AGN）でもあることを示す証拠であり、物質を飲み込んで明るくフレアリングしています。

この発見は、天体物理学とブラックホールの合併における長年の問題である「最終的なパーセク問題」にいくつかの光を当てるかもしれません。

天文学者は、スローンデジタルスカイサーベイ（SDSS）、チャンドラX線天文台、広視野赤外線サーベイエクスプローラー（WISE）など、複数の望遠鏡からのデータで3つのSMBHを見つけました。3つのブラックホールはほぼ想像を絶する壮大なイベント。 3つの銀河の合併。これらのトリプレット合併は、時間の経過とともに最も大きなブラックホールがどのように成長するかにおいて重要な役割を果たす可能性があります。

「これは、超大質量ブラックホールを積極的に供給しているこのような3つのシステムについて、これまでに見つかった最も強力な証拠です。」
ライアン・ファイフル、ジョージ・メイソン大学、主執筆者。

それを発見した天文学者は、三重銀河の合併の中心に3つのブラックホールを見つけることを期待していませんでした。

「当時はブラックホールのペアのみを探していましたが、私たちの選択手法によって、この驚くべきシステムに出くわしました」と、バージニア州フェアファックスにあるジョージメイソン大学のライアンファイフルは、これらの結果を説明する天体物理学ジャーナル。「これは、超大質量ブラックホールを積極的に供給しているこのような3つのシステムについて、これまでに見つかった最も強力な証拠です。」

トリプルブラックホールシステムは、近所で非常に多くのことが行われているため、特定するのが困難です。彼らはガスとほこりに包まれているため、覗き込むのは困難です。この研究では、3つの穴を明らかにするために、電磁スペクトルの異なる部分で動作するいくつかの望遠鏡が必要でした。それはまた、一部の市民科学者の仕事を要しました。

見つけるのが難しいだけでなく、まれです。ジョージ・メイソンの共著者であるショビタ・サティアパル氏は、「二重および三重のブラックホールは非常にまれである」と述べた。

SDSSは、可視光の中でこの3つの合併を発見した最初のものでしたが、衝突する銀河のシステムとして識別されたのは、市民科学プロジェクトである銀河動物園のみでした。次に、WISEは、システムが赤外線で輝いていることを確認しました。これは、複数のブラックホールが供給されると予想されていたときに、銀河の合併の段階にあったことを示しています。

SloanとWISEのデータは、手掛かりに過ぎませんが、天文学者は、チャンドラ天文台と大型双眼鏡望遠鏡（LBT）を使用して、さらに確認しました。チャンドラの観測では、各銀河の中心に明るいX線源があることが示されました。それはまさに科学者がSMBHを見つけることを期待する場所です。

SMBHがそこにあったことを示すさらなる証拠が、チャンドラとNASAの核分光望遠鏡アレイ（NuSTAR）衛星から到着しました。彼らはブラックホールの一つの近くに大量のガスと塵の証拠を見つけました。これは、ブラックホールが統合されているときに予想されます。 SDSSとLBTからの他の光学ライトデータは、3つのSMBH給餌に特徴的なスペクトルの証拠を提供しました。

「光学スペクトルには銀河に関する豊富な情報が含まれています」とカリフォルニア大学リバーサイド校の共著者であるクリスティーナマンザノキングは述べています。「それらは、活発に降着する超大質量ブラックホールを識別するために一般的に使用され、それらが生息する銀河に与える影響を反映することができます。」

この研究により、天文学者のチームは、これらのトリプルブラックホールシステムをさらに見つける方法を開発しました。「これらの主要な観測所を使用することで、トリプル超大質量ブラックホールを識別する新しい方法を特定しました。それぞれの望遠鏡は、これらのシステムで何が起こっているかについての異なる手がかりを私たちに与えます」とPfeifleは言いました。「同じ手法を使用して、より多くのトリプルを見つけるために作業を拡張したいと考えています。」

彼らはまた、最終的なパーセク問題にいくつかの光を当てたかもしれません。

最後のパーセク問題

最後のパーセク問題は、バイナリーブラックホールの合併に関する理解の中心です。これは理論的な問題であり、2つのブラックホールが互いに近づくと、それらの過剰な軌道エネルギーが合体するのを阻止します。彼らは数光年以内に到達することができ、その後、マージプロセスが停止します。

2つのブラックホールが最初に互いに近づくと、それらの双曲線軌道はそれらを互いに通過します。時間が経つにつれて、2つの穴が近くの星と相互作用するようになると、それらは星を重力でパチンと打ち、そのたびに軌道エネルギーの一部を星に転送します。重力波の放出により、ブラックホールのエネルギーも減少します。

結局、2つのブラックホールは十分な軌道エネルギーを放出し、減速して互いに近づき、互いの数パーセク以内に到達します。問題は、彼らが距離を近づけるにつれて、スリングショットを介してますます多くの物質が近くから排出されることです。つまり、ブラックホールが相互作用してより多くの軌道エネルギーを放出する必要はもうありません。その時点で、マージプロセスは停止します。またはそうするべきです。

しかし、天体物理学者は、ブラックホールが強力な重力波を目撃したために、それらが融合することを知っています。実際、LIGO（レーザー干渉法重力波観測所）は、週に1回程度ブラックホールの合併を発見しています。最後にそれらがどのように結合するかは、最終的なパーセク問題と呼ばれます。

この調査の背後にあるチームは、回答があると考えています。彼らは、このシステムで観察されたような3番目のブラックホールが、2つのホールをマージするために必要なブーストを提供できると考えています。 3元系の1組のブラックホールが互いに近づくと、3番目のホールがそれらに影響を与え、最終的なパーセクを閉じてマージする可能性があります。

コンピュータシミュレーションによると、衝突する銀河の超大質量ブラックホールのペアの約16％は、合流する前に3番目の超大質量ブラックホールと相互作用しました。これらの合併は重力波を生成しますが、問題はそれらの波がLIGOやVIRGO天文台が検出するには低周波数であることです。