Paggamit ng archival telescope data Gemini North, sinukat ng mga astronomo ang pinakamabigat na pares ng napakalaking black hole na natagpuan. Ang pagsasama ng dalawang napakalaking itim na butas ay isang kababalaghan na matagal nang hinulaang, ngunit hindi naobserbahan. Ang napakalaking pares na ito ay nagbibigay ng mga pahiwatig kung bakit ang gayong kaganapan ay tila hindi malamang sa uniberso.
Halos bawat napakalaking kalawakan ay naglalaman ng napakalaking black hole sa gitna nito. Kapag ang dalawang kalawakan ay nagsanib, ang kanilang mga itim na butas ay maaaring bumuo ng isang binary na pares, iyon ay, nasa isang nakatali na orbit sa isa't isa. Ipinapalagay na ang mga binary pairs na ito ay nakatakdang magsanib sa paglipas ng panahon, ngunit hindi ito kailanman naobserbahan. Ang tanong kung posible ang ganitong kaganapan ay naging paksa ng debate sa mga astronomo sa loob ng mga dekada.
Gumamit ang mga astronomo ng data mula sa Gemini North telescope sa Hawaii, na isang kalahati ng Gemini International Observatory na pinamamahalaan ng NOIRLab ng National Institute of Physics, upang pag-aralan ang supermassive binary black hole na matatagpuan sa elliptical galaxy B2 0402+379. Ito ang tanging supermassive binary black hole na nakita nang may sapat na detalye upang makita ang parehong mga bagay nang hiwalay, at hawak nito ang rekord para sa pinakamaikling distansya na direktang nasusukat, 24 light years lang. Bagama't ang gayong malapit na distansya ay naglalarawan ng isang malakas na pagsasanib, ang karagdagang pagsisiyasat ay nagsiwalat na ang pares ay natigil sa distansyang ito sa loob ng mahigit tatlong bilyong taon, na nagtatanong: Ano ang dahilan ng pagkaantala?
Upang mas maunawaan ang dynamics ng system na ito at ang natigil na pagsasama nito, bumaling ang team sa archival data mula sa Gemini North Multi-Object Spectrograph (GMOS), na nagpapahintulot sa kanila na matukoy ang bilis ng mga bituin sa paligid ng mga black hole.
"Ang kahanga-hangang sensitivity ng GMOS ay nagpapahintulot sa amin na mapa ang pagtaas sa bilis ng mga bituin habang papalapit sila sa gitna ng kalawakan," sabi ni Roger Romani, isang propesor ng physics sa Stanford University at isang co-author ng papel. "Salamat dito, nakagawa kami ng konklusyon tungkol sa kabuuang masa ng mga black hole na naroroon."
Tinatantya ng koponan na ang masa ng binary black hole ay 28 bilyong beses kaysa sa Araw, na ginagawang ang pares ang pinakamabigat na binary black hole na nasusukat. Ang pagsukat na ito ay hindi lamang nagbibigay ng mahalagang konteksto para sa pagbuo ng binary system at ang kasaysayan ng host galaxy nito, ngunit kinukumpirma rin ang matagal nang teorya na ang masa ng isang supermassive binary black hole ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagpigil sa isang potensyal na pagsasama.
"Ang Gemini International Observatory data archive ay naglalaman ng isang minahan ng ginto ng mga hindi pa natutuklasang siyentipikong pagtuklas," sabi ni Martin Still, direktor ng programa ng NSF para sa Gemini International Observatory. "Ang pagsukat sa masa ng supermassive binary black hole na ito ay isang kapansin-pansing halimbawa ng potensyal na epekto ng bagong pananaliksik na sumusuri sa mayamang archive na ito."
Ang pag-unawa sa kung paano nabuo ang binary na ito ay makakatulong na mahulaan kung at kailan ito magsasama-may ilang mga pahiwatig na nagpapahiwatig na ang pares ay nabuo mula sa pagsasama ng maraming mga kalawakan. Una, ang B2 0402+379 ay isang "fossil cluster", iyon ay, ang resulta ng pagsasama ng mga bituin at gas ng isang buong kumpol ng mga kalawakan sa isang napakalaking kalawakan. Bilang karagdagan, ang pagkakaroon ng dalawang napakalaking itim na butas, na sinamahan ng kanilang malaking pinagsamang masa, ay nagpapahiwatig na sila ay nabuo mula sa pagsasama ng ilang mas maliliit na itim na butas mula sa iba't ibang mga kalawakan.
Pagkatapos ng galactic merger, hindi magkakabanggaan ang napakalaking black hole. Sa halip, nagsisimula silang lumipad sa bawat isa, na naninirahan sa isang limitadong orbit. Sa bawat pagpasa, ang enerhiya ay inililipat mula sa mga black hole patungo sa mga nakapaligid na bituin. Nawawalan ng enerhiya, ang pares ay lalapit nang palapit hanggang sa maging light years ang pagitan nila, kung saan ang gravitational radiation ang pumalit at sila ay nagsanib. Ang prosesong ito ay direktang naobserbahan sa mga pares ng stellar-mass black hole - ang unang pagkakataon ay naitala noong 2015 salamat sa pag-detect ng gravitational waves - ngunit hindi kailanman naobserbahan sa binary supermassive system.
Sa bagong kaalaman sa napakalaking masa ng system, napagpasyahan ng koponan na kakailanganin ng napakaraming bituin upang mapabagal ang orbit ng binary system na sapat upang paglapitin sila. Sa proseso, lumilitaw na nailabas ng mga black hole ang halos lahat ng bagay sa kanilang paligid, na iniiwan ang galactic core na walang mga bituin at gas. Dahil wala nang materyal na magpapabagal pa sa orbit ng pares, natigil ang kanilang pagsasama sa mga huling yugto nito.
"Ang mga kalawakan na may mas magaan na mga pares ng black hole ay kadalasang tila may sapat na mga bituin at masa upang mabilis na magtagpo," sabi ni Romani. “Dahil napakabigat ng pares na ito, kailangan ng maraming bituin at gas para magawa ang trabaho. Ngunit inalis ng binary ang gitnang kalawakan ng naturang bagay, na iniwan itong nagyelo at magagamit para sa aming pag-aaral."
Kung malalampasan nila ang pagwawalang-kilos at kalaunan ay magsasama sa milyun-milyong taon, o mananatili sa orbital limbo magpakailanman, ay nananatiling makikita. Kung magsanib ang mga ito, ang magreresultang gravitational wave ay magiging 100 milyong beses na mas malakas kaysa sa ginawa ng pagsasama-sama ng stellar-mass black hole.
Posibleng malampasan ng magkapares ang huling distansyang ito sa pamamagitan ng isa pang galactic merger, na magdadala ng karagdagang materyal sa system, o marahil isang pangatlong black hole, upang pabagalin ang orbit ng pares na sapat para ito ay magsanib. Gayunpaman, dahil sa katayuan ng B2 0402+379 bilang isang fossil cluster, malabong magkaroon ng bagong galaxy merger.
"Inaasahan namin ang karagdagang pag-aaral ng core ng B2 0402+379, kung saan makikita namin kung gaano karaming gas ang nilalaman nito," sabi ni Tirth Surti, isang estudyanteng nagtapos sa Stanford at nangunguna sa may-akda ng papel. "Ito ay magbibigay sa amin ng higit pang insight sa kung ang mga supermassive black hole ay maaaring sumanib sa paglipas ng panahon, o kung mananatili sila bilang isang binary system."
Basahin din: