Gli astronomi hanno identificato un raccolto eccezionale di doppi buchi neri supermassicci nei centri delle galassie. Questa scoperta potrebbe aiutare gli astronomi a capire meglio come crescono i buchi neri giganti e come possono produrre i segnali di onde gravitazionali più forti nell'Universo.

Le nuove prove rivelano cinque coppie di buchi neri supermassicci, ciascuno contenente milioni di volte la massa del Sole. Queste coppie di buchi neri si sono formate quando due galassie si sono scontrate e si sono fuse l'una con l'altra, costringendo i loro buchi neri supermassicci ad avvicinarsi.

Le coppie di buchi neri sono state scoperte combinando i dati di una serie di diversi osservatori tra cui l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA, il Wide-Field Infrared Sky Explorer Survey (WISE), e il grande telescopio binoculare terrestre in Arizona.

"Gli astronomi trovano singoli buchi neri supermassicci in tutto l'universo, " disse Shobita Satyapal, dalla George Mason University di Fairfax, Virginia, che ha condotto uno dei due articoli che descrivono questi risultati. "Ma anche se abbiamo previsto che crescono rapidamente quando interagiscono, È stato difficile trovare due buchi neri supermassicci in crescita".

Prima di questo studio, dagli studi a raggi X erano note meno di dieci coppie confermate di buchi neri in crescita, basata principalmente su rilevazioni casuali. Per effettuare una ricerca sistematica, il team ha dovuto vagliare attentamente i dati dei telescopi che rilevano diverse lunghezze d'onda della luce.

A partire dal progetto Galaxy Zoo, i ricercatori hanno utilizzato i dati ottici della Sloan Digital Sky Survey (SDSS) per identificare le galassie in cui sembrava che fosse in corso una fusione tra due galassie più piccole. Da questo insieme, hanno selezionato oggetti in cui la separazione tra i centri delle due galassie nei dati SDSS è inferiore a 30, 000 anni luce, e i colori a infrarossi dei dati WISE corrispondono a quelli previsti per un buco nero supermassiccio in rapida crescita.

Con questa tecnica sono stati trovati sette sistemi di fusione contenenti almeno un buco nero supermassiccio. Poiché una forte emissione di raggi X è un segno distintivo della crescita dei buchi neri supermassicci, Satyapal e i suoi colleghi hanno poi osservato questi sistemi con Chandra. Sono state trovate coppie di sorgenti di raggi X strettamente separate in cinque sistemi, fornendo prove convincenti che contengono due buchi neri supermassicci in crescita (o alimentazione).

Sia i dati a raggi X di Chandra che le osservazioni a infrarossi suggeriscono che i buchi neri supermassicci sono sepolti in grandi quantità di polvere e gas.

"Il nostro lavoro mostra che combinare la selezione a infrarossi con il follow-up a raggi X è un modo molto efficace per trovare queste coppie di buchi neri, " ha detto Sara Ellison dell'Università di Victoria in Canada, che ha condotto l'altro documento che descrive questi risultati. "I raggi X e le radiazioni infrarosse sono in grado di penetrare nelle nuvole oscuranti di gas e polvere che circondano queste coppie di buchi neri, e la visione acuta di Chandra è necessaria per separarli".

Il documento condotto da Ellison ha utilizzato ulteriori dati ottici dal sondaggio Mapping Near Galaxies at Apache Point Observatory (MaNGA) per individuare una delle nuove coppie di buchi neri. Un membro di questa coppia di buchi neri è particolarmente potente, con la più alta luminosità dei raggi X in una coppia di buchi neri osservata da Chandra fino ad oggi.

Questo lavoro ha implicazioni per il fiorente campo dell'astrofisica delle onde gravitazionali. Mentre gli scienziati che utilizzano il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) e l'interferometro VIRGO hanno rilevato i segnali della fusione dei buchi neri, questi buchi neri erano della varietà più piccola e pesavano tra circa otto e 36 volte la massa del Sole.

I buchi neri che si fondono al centro delle galassie sono molto più grandi. Quando questi buchi neri supermassicci si avvicinano ancora di più, dovrebbero iniziare a produrre onde gravitazionali. L'eventuale fusione dei doppi buchi neri supermassicci in centinaia di milioni di anni creerebbe un buco nero ancora più grande. Questo processo produrrebbe una quantità sorprendente di energia quando parte della massa viene convertita in onde gravitazionali.

"È importante capire quanto siano comuni le coppie di buchi neri supermassicci, per aiutare a prevedere i segnali per gli osservatori di onde gravitazionali, " ha detto Satyapal. "Con gli esperimenti già in atto e quelli futuri in arrivo, questo è un momento entusiasmante per cercare di fondere i buchi neri. Siamo nelle prime fasi di una nuova era nell'esplorazione dell'universo".

LIGO/VIRGO non è in grado di rilevare onde gravitazionali da coppie di buchi neri supermassicci. Anziché, array di temporizzazione pulsar come il North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) stanno attualmente eseguendo questa ricerca. Nel futuro, il progetto Laser Interferometer Space Antenna (LISA) potrebbe anche cercare queste onde gravitazionali.

Quattro dei candidati al doppio buco nero sono stati riportati in un articolo di Satyapal et al. che è stato recentemente accettato per la pubblicazione in The Giornale Astrofisico , e appare in linea. L'altro doppio candidato al buco nero è stato riportato in un articolo di Ellison et al., che è stato pubblicato nel numero di settembre 2017 del Avvisi mensili della Royal Astronomical Society e appare in linea.