Σε μια περιοχή του ουρανού περίπου 1,2 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, αστρονόμοι εντόπισαν ένα εξαιρετικά σπάνιο κοσμικό φαινόμενο: τρεις γαλαξίες που συγχωνεύονται, με τις τρεις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στα κέντρα τους να «τρέφονται» ταυτόχρονα και να εκπέμπουν έντονα ραδιοκύματα.
Το σύστημα, γνωστό ως J1218/J1219+1035, προσφέρει μια μοναδική ευκαιρία να παρατηρηθεί σε πραγματικό χρόνο πώς οι συγκρούσεις γαλαξιών ενεργοποιούν την ανάπτυξη των μαύρων τρυπών.
Η έρευνα πραγματοποιήθηκε υπό την καθοδήγηση της δρ Έμα Σβάρτσμαν από το U.S. Naval Research Laboratory και δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό The Astrophysical Journal Letters. Με τη χρήση ραδιοτηλεσκοπίων υψηλής ανάλυσης, η ομάδα επιβεβαίωσε την ύπαρξη συμπαγών ραδιοπηγών στον πυρήνα και των τριών γαλαξιών. Τα σήματα αυτά αποτελούν ξεκάθαρη ένδειξη ενεργών γαλαξιακών πυρήνων, γνωστών ως AGN, που τροφοδοτούνται από μαύρες τρύπες οι οποίες καταβροχθίζουν αέριο και ύλη.
Το J1218/J1219+1035 είναι το πρώτο επιβεβαιωμένο σύστημα «τριπλού ραδιοφωνικού AGN», δηλαδή τρεις ενεργές μαύρες τρύπες στο ίδιο αλληλεπιδρών σύστημα, όλες ανιχνεύσιμες σε ραδιοπαρατηρήσεις. Παράλληλα, είναι μόλις το τρίτο επιβεβαιωμένο τριπλό σύστημα AGN στο κοντινό σύμπαν.
Οι τρεις γαλαξίες βρίσκονται τόσο κοντά ώστε να σχηματίζουν ένα βαρυτικά δεσμευμένο σύστημα. Οι δύο πυρήνες απέχουν μεταξύ τους περίπου 22,6 κιλοπαρσέκ, ενώ ο τρίτος βρίσκεται σε απόσταση περίπου 97 κιλοπαρσέκ από το ζεύγος. Παράλληλα, παρατηρούνται έντονα παλιρροϊκά χαρακτηριστικά, όπως παραμορφωμένες δομές και ουρές, που αποκαλύπτουν τη συνεχιζόμενη συγχώνευση.
Η αναζήτηση ξεκίνησε από τα δεδομένα του διαστημικού τηλεσκοπίου WISE της NASA. Τα χρώματα στο μέσο υπέρυθρο μπορούν να αποκαλύψουν σκονισμένους και «κρυφούς» ενεργούς πυρήνες που δεν ξεχωρίζουν στο ορατό φως. Η ομάδα δημιούργησε ένα δείγμα 133 υποψήφιων συστημάτων με διπλούς AGN, βασισμένο σε αυστηρά κριτήρια χρώματος και φωτεινότητας.
Δύο από τους γαλαξίες του συστήματος πληρούσαν ξεκάθαρα αυτά τα κριτήρια. Ο τρίτος, αν και είχε παρόμοια μετατόπιση προς το ερυθρό και συνδεόταν με παλιρροϊκές δομές, δεν έδειχνε σαφή υπέρυθρα χαρακτηριστικά ενεργού πυρήνα. Το ερώτημα ήταν αν πράγματι φιλοξενούσε μαύρη τρύπα σε ενεργή φάση ή αν η εκπομπή του οφειλόταν σε άλλες διεργασίες.
Γιατί το ορατό φως δεν αρκούσε
Οι οπτικές φασματοσκοπικές παρατηρήσεις έδιναν αντικρουόμενα αποτελέσματα. Ένας από τους πυρήνες είχε ταξινομηθεί ως Seyfert II, ένδειξη ισχυρού AGN, ενώ ο τρίτος εμφάνιζε «μικτό» φάσμα που θα μπορούσε να προέρχεται τόσο από σχηματισμό άστρων όσο και από μαύρη τρύπα. Τέτοιες ενδείξεις, όμως, μπορούν να παραπλανήσουν, καθώς παρόμοια σήματα παράγονται και από άλλες αστροφυσικές διεργασίες.
Η καθοριστική απάντηση ήρθε από το ραδιοτηλεσκόπιο Very Large Array στις ΗΠΑ. Σε παρατηρήσεις υψηλής ανάλυσης στα 3, 10 και 15 GHz, ανιχνεύθηκαν συμπαγείς ραδιοπηγές ακριβώς στα κέντρα και των τριών γαλαξιών. Η συμπεριφορά των ραδιοφασμάτων ήταν χαρακτηριστική της ακτινοβολίας συγχρότρου, που παράγεται κοντά σε μαύρες τρύπες και στους μικρούς πίδακες που εκτοξεύουν.
Συμπληρωματικά, παρατηρήσεις με το Very Long Baseline Array έθεσαν αυστηρά όρια στη φωτεινότητα, αποκλείοντας το ενδεχόμενο τα σήματα να προέρχονται απλώς από περιοχές σχηματισμού άστρων. Έτσι, επιβεβαιώθηκε ότι και οι τρεις γαλαξίες φιλοξενούν ενεργές, ραδιοφωτεινές μαύρες τρύπες.
Γιατί τα τριπλά συστήματα έχουν σημασία
Οι αστρονόμοι θεωρούν ότι οι γαλαξίες μεγαλώνουν μέσα από διαδοχικές συγχωνεύσεις. Σε αυτές τις διαδικασίες, οι κεντρικές μαύρες τρύπες πλησιάζουν αργά μεταξύ τους, πριν τελικά συγχωνευθούν. Τα περισσότερα γνωστά παραδείγματα αφορούν ζεύγη. Τα τριπλά συστήματα είναι εξαιρετικά σπάνια και προσφέρουν πολύτιμες πληροφορίες για το πώς το αέριο διοχετεύεται προς τους πυρήνες και πώς ενεργοποιείται η ανάπτυξη των μαύρων τρυπών.
Μέχρι σήμερα, μόνο δύο τέτοια συστήματα είχαν επιβεβαιωθεί στο κοντινό σύμπαν και κανένα δεν εμφάνιζε καθαρή ραδιοεκπομπή και από τους τρεις πυρήνες. Το J1218/J1219+1035 ξεχωρίζει, ανοίγοντας ένα νέο παράθυρο στη μελέτη της συνεξέλιξης γαλαξιών και υπερμεγεθών μαύρων τρυπών.
Όπως δήλωσε η δρ Σβάρτσμαν, η παρατήρηση τριών ενεργών μαύρων τρυπών στη μέση μιας συγχώνευσης δίνει στους επιστήμονες μια σπάνια «θέση στην πρώτη σειρά» για να κατανοήσουν πώς διαμορφώνονται οι μεγαλύτερες δομές του σύμπαντος.
