Bild https://www.mpg.de En AI-genererad visualisering av en avlägsen galax som förutom damm, gas och unga stjärnor innehåller tre massiva, aktiva svarta hål (de svarta sfärerna på bild är ej skalenliga) med ljusa ackretionskivor. Andra avlägsna galaxer visas i bakgrunden få stjärnor ses i förgrunden. © MPE (genererad med AI)
Ett internationellt team av astronomer under ledning från Max Planck-institutet för Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) har identifierat tre aktivt växande supermassiva svarta hål i galaxen J0148-4214 som finns 12,5 ljusår bort. Det här är svarta hål i vilka materia faller från en ackretionsskiva som omger dem. På detta avstånd blir själva rymdens expansion tydlig. Galaxen verkar därför röra sig bort från oss vilket får ljuset som tas emot från galaxen att förskjutas mot längre våglängder, vilket resulterar i en så kallad rödförskjutning på z=5,02. Med hjälp av den rödförskjutningen beräknade forskarna galaxens enorma avstånd till 12,5 miljarder år. Vi ser därför galaxen som den såg ut bara cirka 1,2 miljarder år efter Big Bang.
”Detta är det första beviset på tre aktiva svarta hål i en galax i det avlägsna universum”, beskriver Hannah Übler, forskningsgruppsledare vid MPE och huvudförfattare till studien om upptäckten. Två av dem ligger i galaxens centrum och finns endast 620 ljusår från varandra i projektionen. Ett tredje svart hål finns i galaxens yttre del på ett avstånd av cirka 5500 ljusår från centrum. ”Det tyder på att processer i det tidiga universum var effektiva på att sammanföra massiva svarta hål vilket banade väg för massiva svarta hålssammanslagningar något vi förväntar oss att upptäcka med framtida gravitationsvågsobservatorier”, beskriver Übler. Teorier om galaxers evolution baserade på observationer antyder att galaxer tidigt i universums historia kom mycket nära varandra och slogs samman. I processen slogs då även de svarta hålen i galaxers centrum samman och gav upphov till svarta hål med växande massor i den sammanslagna galaxens centrum.
Forskarna identifierade de svarta hålen genom deras spektrala fingeravtryck: signaturerna av väteatomer som rör sig med hög hastighet i de svarta hålens gravitationsområde. I den centrala regionen uppvisar spektrumet en komplex struktur som bäst förklaras av två svarta hål i nära anslutning till varandra. För att separera de två centrala källorna använde teamet spektroastrometri, en teknik som exakt mäter rumsliga förändringar i linjeemission över galaxen. Detta gjorde det möjligt att bestämma de svarta hålens positioner, även om de inte kan spatialt upplösas som separata punktkällor.
Ett tredje svart hål upptäcktes i den yttre regionen. Analysen visar deras massor på var och en till cirka 80 miljoner, 0,6 miljoner och 2 miljoner solmassor. Det massivaste svarta hålet växer i en lägre takt än det närliggande svarta hålet med en massa på 0,6 miljoner solmassa, vilket aktivt växer och till och med överstiger den maximala ackretionshastighet som förutsägs av grundläggande teorier om svarta håls möjliga tillväxt (Eddingtongränsen).
Det centrala svarta hålparet förväntas smälta samman inom de närmaste hundra miljoner åren. "Forskningsresultatet är oerhört spännande," tillägger Roberto Maiolino, professor vid University of Cambridge och medförfattare till studien. "Det föreslår att sammansmältning av svarta hål kan vara en ytterligare snabb väg för svarta håls och galaxers snabba tillväxt i det tidiga universum."
Det tredje svarta hålet, som ligger utanför kärnan kan vara rester av en tidigare sammanslagning och som förskjutits från centrum av en gravitationsrekyl eller att det migrerar inåt.
Unikt men troligen är
det tre galaxers sammanslagning som gett denna effekt av tre svarta hål och än
troligare finns det galaxer där fyra eller fler stora svarta hål finns efter än
fler sammanslagningar av galaxer i tidens gryning.
