遠く離れた銀河の中心にある奇妙なフレア オブジェクトは、宇宙で最も巨大なブラック ホールがどのように融合するかという謎を解き明かす鍵となる可能性があります。
太陽の質量の数百万から数十億倍の超大質量ブラック ホールは、究極のヘビー級であり、ほぼすべての大きな銀河の中心に潜んでいます。これらの天体は光を発しませんが、ガスや塵を食べて壮大な天体の花火を作り、高エネルギー粒子の噴流と渦巻く破片の円盤を作り出し、宇宙全体で活動銀河核 (AGN) としてはっきりと見ることができます。現在、科学者たちは、近くの別のブラックホールの放出を増幅する超大質量ブラックホールによって作成されたと彼らが疑う遠くのAGNでフレアを特定しました。実際、この 2 つが合体する準備ができていれば、天文学者は、巨大なブラック ホールがどうやって合体するのかという、あまり理解されていないプロセスについて前例のない見解を得ることができるでしょう。
2017 年に、天体物理学者の Daniel D'Orazio と Rosanne Di Stefano は、間もなく合体する超大質量ブラック ホールのペアが重力によって互いにレンズ効果を及ぼす仕組みと、差し迫った合体の軌道面が地球と一直線になった場合に結果として生じる信号がどのように見えるかについて詳しく説明しました。ブラック ホールを囲む物質は、X 線の波長で光り、ペアのいずれかのメンバーに向かって加速する必要があります。一方のブラック ホールが他方の前を通過すると、「前景」のブラック ホールの巨大で時空をゆがめる重力場が作用します。レンズのように、背景の光源を拡大します。ハーバード大学天体物理学センターとスミソニアン研究所の研究者であるディ ステファノは、「これは非常に特徴的な特徴です」と述べています。
10 月、彼女と D'Orazio は数人の共同研究者と協力して、彼らの理論的予測と一致する信号を発する物体の発見について報告しました。 NASA の惑星探査ケプラー宇宙望遠鏡によって 2011 年に収集されたデータは、奇妙なスパイクを持つ異常な AGN を明らかにしました。スパイキーと呼ばれる天体が今春再びフレアを繰り返すと、ドラジオと彼の同僚が予測したように、それは彼が「喫煙銃」と呼んでいるものであり、スパイキーが合体の先端にある一対の超大質量ブラック ホールであることを確認します。ハーバード大学の天文学者である D'Orazio は、先月、ホノルルで開催されたアメリカ天文学会の会議で新しい分析を発表しました。
「最後のパーセク問題」
銀河が衝突すると、その中心にある超大質量ブラック ホールが、最終的に新たに作成された銀河の中心に到達し、最終的に一緒に引き寄せられます。合体する銀河のコアの観測により、単一の超大質量ブラック ホール (おそらく 2 つ以上の銀河が既に合体している場所) か、互いに数パーセク (1 パーセクは約 3.26 光年) 以内を周回しているブラック ホールのいずれかが明らかになりました。 /P>
マサチューセッツ工科大学の天体物理学者である Scott Hughes 氏は次のように述べています。 P>
問題は、各ブラック ホールの軌道の遠心力を克服してペアを引き寄せるのに十分なほど重力が強くない最後のパーセクで発生します。物事を揺るがす材料の安定した流入がなければ、2つは融合するのを恥ずかしがり屋でやめ、宇宙の生涯にわたって保持パターンにとどまるかもしれません.この「最終的なパーセク問題」は、重力波の大量の放出を介して過剰な軌道エネルギーを放出することにより、より簡単に融合できる、より小さな恒星質量のブラックホールのペアには影響しません。しかし、より大きなブラック ホールは、自身の重力波放出が開始される前に、最終的な合体が避けられなくなる前に、その最後のこぶを越える何かを必要とします。
カリフォルニア工科大学の宇宙学者であるマシュー・グラハムは、「その最後のパーセクで何が起こっているかについてはよくわかっていません。彼は新しい研究には関与していませんでした。 「私たちは理論的な理解を持っていますが、理論と一致する優れた観察証拠はありません。」少なくとも、研究者はそのような証拠を持っていませんまったく
何千もの太陽系外惑星を明らかにすることに加えて、ケプラーは数十の AGN も発見しました。これらの天体を対象とした 2018 年の研究では、KIC 11606854 と呼ばれる天体で異常なフレア活動が行われていることが明らかになりました。詳しく調べたところ、フレアの光の増減は、合体するブラック ホールのペアが重力によって互いにレンズ効果を及ぼす可能性があるという予測を反映していることが明らかになりました。こんにちは、スパイキー。
ハーバード大学の大学院生で、スパイキーの発見を報告するプレプリント論文の最初の著者であるベティ・フーは、「それは非常に偶然でした」と述べています。ケプラー AGN を研究している研究者は、D'Orazio と彼の同僚に情報を渡しました。D'Orazio と彼の同僚は、信号がレンズ モデルと「非常によく」一致することを発見しました、と Di Stefano は言います。
ディ・ステファノによると、合体するブラックホールはそれぞれ、両方の天体を周回するより大きな共有円盤に埋め込まれた「ミニ円盤」によって取り囲まれている可能性があります。ミニ ディスクは、ブラック ホールに飲み込まれて消散する可能性があります。 外側にある大きな円盤からの物質が時折補充されるだけです。ミニディスクをむさぼり食う各ブラック ホールには、有益な副作用があり、追加の軌道エネルギーを放出し、2 つが螺旋状に接近することを可能にし、最終的なパーセク問題を克服する可能性があります。研究者のモデルによると、スパイキーは今後 10 万年程度で合体するはずです。これは、天文学的な時間スケールでは瞬く間に起こります。
次回まで
ただし、単一のフレアだけでは、スパイキーが合体するブラック ホールのペアであることを確認するには不十分です。 D'Orazio と彼の同僚は、より多くの証拠を求めて、この春にスパイキーを研究することを既に計画しています。ペアの軌道の最良の見積もりに基づいて、2020 年 4 月に発生する可能性が最も高い次の重力レンズ イベントを暫定的に特定しました。しかし、長引く不確実性は、フレアが 2 月から 7 月の間に発生する可能性があることを意味します。
チームは、NASA のチャンドラ X 線天文台で、4 月に予測されるフレアを監視する時間をすでに確保しており、フレアは約 10 日間かかるはずです。その間、研究者は地上の機器を使用してシステムを監視し続けています。スパイキーが 4 月より前に行動を起こし始めた場合、チャンドラや他の施設に観察を移して補償するために、彼らはその様子を垣間見たいと考えています。 「[D'Orazio] は、このシステムをフォローアップするために可能なすべての方法を見つけようとする素晴らしい仕事をしたと思います。なぜなら、それは [ブラック ホールの融合の] 最良の候補だからです」と Di Stefano は言います。
スパイキーがこの春に予測されたフレアを示した場合、それは大したことです。 「それが持ちこたえ、実際にバイナリである場合、まだマージされていない近いバイナリのケースを見つけようとしている場合、何を探すべきかのケースが得られると思います」とヒューズは言います.このような例は、将来、超大質量ブラック ホールの合体の探索を容易にするはずです。
そして、その結果は、超大質量ブラック ホールから放出される重力波を探すために 2030 年代に打ち上げられる予定の、欧州宇宙機関のレーザー干渉計宇宙アンテナ (LISA) ミッションにとって朗報となるでしょう。スパイキーはおそらく LISA の監視下で合体することはありませんが、ミッション プランナーは、探査機が確認できる合体する巨星がいくつあるかをよりよく知ることができます。
フレアレス ワンダー
その後、スパイキーは再びフレアに失敗する可能性があります。おそらくそれは超大質量ブラックホールのペアではありません。 Graham によると、ここ数年、超大質量ブラック ホールが合体して別の何かになってしまう可能性があるという主張が増加しています。
7 月が過ぎても独特の特徴の兆候が見られない場合、元のイベントは、比較的正常な AGN からのこれまでに見られなかったタイプのフレアであった可能性があります。確認されるのを待っている超大質量ブラックホールの合体に近い候補はまだ他にもいくつかありますが、検出されなければ、合体ブラックホールハンターはほとんど振り出しに戻ることになります.
しかし、検出されなかったからといって、必ずしもディ・ステファノとドラジオのモデルが間違っているとは限りません。 「これは持っているプロセスです 宇宙のどこかで起こる」とディ・ステファノは言います。 2 つのブラック ホールが互いに周回している限り、重力レンズ効果が発生するはずです。ペアが地球から見られる効果に適した向きにあるだけの問題です。元の論文で、彼女と D'Orazio は、天文学者が重力レンズ フレアを垣間見ることができるように、連星の約 10% が適切な角度になると予測しました。
「スパイキーがうまくいかない場合、このプロセスが発生することはわかっています」とディ・ステファノ氏は言います。 「最終的には検出できるはずですが、それを確認するには他のシステムを調べる必要があるかもしれません。」グラハムは同意します。 「これは概念的に素晴らしいアイデアです」と彼は言います。 「これらはすべき 」
