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    Le galassie hanno colpito il singolo, raddoppia, e triplo (buchi neri in crescita)

    Questa coppia di oggetti proviene da uno studio su sette fusioni di tre galassie. Usando Chandra e altri telescopi, gli astronomi hanno determinato cosa è successo ai buchi neri supermassicci al centro delle galassie dopo la collisione di tre galassie. I risultati mostrano una serie di risultati:un singolo buco nero supermassiccio in crescita, quattro doppie, una tripla, e un sistema in cui nessun buco nero attira rapidamente la materia. Due dei doppi sono mostrati qui nei raggi X (Chandra) e nella luce ottica (SDSS e Hubble). Questa informazione dice agli astronomi di più su come le galassie e i buchi neri giganti nei loro centri crescono nel tempo cosmico. Credito:raggi X:NASA/CXC/Univ. del Michigan/A. Ford et al.; Ottico:SDSS e NASA/STScI

    Quando tre galassie si scontrano, cosa succede agli enormi buchi neri al centro di ciascuno? Un nuovo studio che utilizza l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA e molti altri telescopi rivela nuove informazioni su quanti buchi neri stanno crescendo furiosamente dopo questi scontri galattici.

    Gli astronomi vogliono saperne di più sulle collisioni galattiche perché le successive fusioni sono un modo chiave in cui le galassie e i buchi neri giganti nei loro nuclei crescono nel tempo cosmico.

    "Ci sono stati molti studi su cosa succede ai buchi neri supermassicci quando due galassie si fondono, " ha detto Adi Foord della Stanford University, che ha condotto lo studio. "Il nostro è uno dei primi a guardare sistematicamente cosa succede ai buchi neri quando tre galassie si uniscono".

    Lei e i suoi colleghi hanno identificato i sistemi di fusione di tre galassie incrociando gli archivi, contenenti dati ora disponibili pubblicamente, della missione WISE della NASA e dello Sloan Digital Sky Survey (SDSS) con l'archivio Chandra. Usando questo metodo hanno trovato sette fusioni di tre galassie situate tra 370 milioni e un miliardo di anni luce dalla Terra.

    Utilizzando un software specializzato sviluppato da Foord per il suo dottorato di ricerca. presso l'Università del Michigan ad Ann Arbor, il team ha esaminato i dati di Chandra mirati a questi sistemi per rilevare le sorgenti di raggi X che contrassegnano la posizione dei buchi neri supermassicci in crescita. Mentre il materiale cade verso un buco nero, si riscalda a milioni di gradi e produce raggi X.

    Chandra, con la sua nitida visione a raggi X, è ideale per rilevare buchi neri supermassicci in crescita nelle fusioni. Le sorgenti di raggi X associate sono difficili da rilevare perché di solito sono ravvicinate nelle immagini e sono spesso deboli. Il software di Foord è stato sviluppato appositamente per trovare tali fonti. I dati di altri telescopi sono stati quindi utilizzati per escludere altre possibili origini dell'emissione di raggi X non correlate ai buchi neri supermassicci.

    I risultati di Foord e del team mostrano che su sette fusioni di tre galassie ce n'è una con un singolo buco nero supermassiccio in crescita, quattro con buchi neri supermassicci a doppia crescita, e uno che è un triplo. L'ultima tripla fusione che hanno studiato sembra essere stata eliminata senza alcuna emissione di raggi X rilevata dai buchi neri supermassicci. Nei sistemi con più buchi neri, le separazioni tra loro variano tra circa 10, 000 e 30, 000 anni luce.

    "Perché ci interessa la percentuale di impatto di questi buchi neri?" ha affermato la co-autrice Jessie Runnoe della Vanderbilt University di Nashville, Tennessee "Perché queste statistiche possono dirci di più su come crescono i buchi neri e le galassie in cui vivono".

    Una volta che hanno trovato prove per sorgenti di raggi X brillanti come candidati per la crescita di buchi neri supermassicci nei dati di Chandra, i ricercatori hanno incorporato i dati d'archivio di altri telescopi. Come un secondo arbitro che parla della chiamata originale, questi dati confermavano l'idea che più buchi neri fossero presenti nelle galassie unite.

    Per effettuare queste chiamate gli autori hanno studiato i dati a infrarossi della missione WISE, il Satellite Astronomico Infrarosso, e il Two Micron All Sky Telescope per vedere quanto velocemente si stanno formando le stelle nelle diverse galassie durante il loro rilevamento. Ciò ha permesso loro di stimare quanti dei raggi X rilevati potrebbero provenire da sistemi che emettono raggi X contenenti stelle massicce, piuttosto che un buco nero supermassiccio in crescita. Poiché tali sistemi stellari sono giovani, sono più comuni quando le stelle si formano più rapidamente. Foord e i suoi colleghi hanno usato questa tecnica per concludere che una delle sorgenti di raggi X che hanno trovato è probabilmente da una collezione di sistemi stellari che emettono raggi X.

    I dati di Chandra e WISE mostrano che il sistema con buchi neri supermassicci in crescita ha la più grande quantità di polvere e gas. Ciò corrisponde alle simulazioni teoriche al computer di fusioni che suggeriscono che livelli più elevati di gas vicino ai buchi neri hanno maggiori probabilità di innescare una rapida crescita dei buchi neri.

    Gli studi sulle fusioni triple possono aiutare gli scienziati a capire se coppie di buchi neri supermassicci possono avvicinarsi così tanto da creare increspature nello spaziotempo chiamate onde gravitazionali. L'energia persa da queste onde farà inevitabilmente fondere i buchi neri.

    Il Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) e l'array Virgo in Europa hanno mostrato agli astronomi che i buchi neri di massa stellare creano onde gravitazionali e si fondono, ma non è noto se i buchi neri supermassicci lo facciano.

    "Esiste uno "scenario da incubo" in cui i buchi neri supermassicci non possono perdere abbastanza energia per avvicinarsi e creare onde gravitazionali", ha affermato il coautore Michael Koss di Eureka Scientific a Oakland, California. "Se questo è il caso, allora progetti come LISA e array di temporizzazione pulsar non avranno fusioni di buchi neri supermassicci da rilevare".

    Però, le interazioni gravitazionali di un terzo buco nero supermassiccio potrebbero impedire questo processo di stallo. Gli studi sui buchi neri supermassicci nei sistemi in cui tre galassie si stanno fondendo sono quindi importanti per capire se lo scenario da incubo potrebbe applicarsi.

    Il sistema con tre buchi neri supermassicci in crescita era stato precedentemente segnalato da Ryan Pfeifle della George Mason University di Fairfax, Virginia in un comunicato stampa di Chandra e un articolo di ottobre 2019 in Il Giornale Astrofisico , e un team guidato da Xin Lui dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign in un documento di dicembre 2019 in Il Giornale Astrofisico . Quest'ultimo risultato aiuta a mettere quella scoperta nel contesto di altre triple fusioni di galassie.

    Foord ha presentato il nuovo studio al 237° meeting dell'American Astronomical Society, che si terrà virtualmente dall'11 al 15 gennaio, 2021. Due documenti che descrivono questo lavoro sono stati recentemente accettati per la pubblicazione in Il Giornale Astrofisico ..


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