שימוש בנתוני טלסקופ ארכיוני תאומים צפון, אסטרונומים מדדו את צמד החורים השחורים הסופר-מאסיביים הכבדים ביותר שנמצאו אי פעם. המיזוג של שני חורים שחורים סופר-מאסיביים היא תופעה שנחזתה זה מכבר, אך מעולם לא נצפתה. צמד ענק זה מספק רמזים מדוע אירוע כזה נראה בלתי סביר ביקום.
כמעט כל גלקסיה מסיבית מכילה במרכזה חור שחור סופר מסיבי. כאשר שתי גלקסיות מתמזגות, החורים השחורים שלהן יכולים ליצור זוג בינארי, כלומר להיות במסלול קשור זה עם זה. ההשערה היא שהזוגות הבינאריים הללו נועדו להתמזג עם הזמן, אבל זה מעולם לא נצפה. השאלה האם אירוע כזה אפשרי הייתה נושא לוויכוח בקרב אסטרונומים במשך עשרות שנים.
אסטרונומים השתמשו בנתונים מטלסקופ ג'מיני צפון בהוואי, שהוא מחצית ממצפה הכוכבים הבינלאומי ג'מיני המופעל על ידי NOIRLab של המכון הלאומי לפיזיקה, כדי לנתח את החור השחור הבינארי העל-מסיבי שנמצא בגלקסיה האליפטית B2 0402+379. זהו החור השחור הבינארי העל-מסיבי היחיד שנראה בפירוט מספיק כדי לראות את שני העצמים בנפרד, והוא מחזיק בשיא המרחק הקצר ביותר שנמדד ישירות, 24 שנות אור בלבד. בעוד שמרחק כה קרוב מבשר על מיזוג רב עוצמה, חקירה נוספת העלתה שהצמד תקוע במרחק זה למעלה משלושה מיליארד שנים, מה שמעלה את השאלה: מהי הסיבה לעיכוב?
כדי להבין טוב יותר את הדינמיקה של מערכת זו ומיזוגה שנתקע, הצוות פנה לנתוני ארכיון מ-Gamini North Multi-Object Spectrograph (GMOS), שאפשרו להם לקבוע את המהירויות של כוכבים בקרבת חורים שחורים.
"הרגישות המדהימה של GMOS אפשרה לנו למפות את העלייה במהירות של כוכבים כשהם מתקרבים למרכז הגלקסיה", אמר רוג'ר רומני, פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת סטנפורד ושותף למחבר המאמר. "בזכות זה, הצלחנו להסיק מסקנה לגבי המסה הכוללת של חורים שחורים שיש שם."
הצוות מעריך שהמסה של החור השחור הבינארי היא פי 28 מיליארד מזו של השמש, מה שהופך את הזוג לחור השחור הבינארי הכבד ביותר שנמדד אי פעם. מדידה זו מספקת לא רק הקשר רב ערך להיווצרות המערכת הבינארית וההיסטוריה של הגלקסיה המארחת שלה, אלא גם מאשרת את התיאוריה ארוכת השנים שלפיה המסה של חור שחור בינארי סופר-מאסיבי ממלאת תפקיד מפתח בבלימת מיזוג פוטנציאלי.
"ארכיון הנתונים של מצפה הכוכבים הבינלאומי ג'מיני מכיל מכרה זהב של תגליות מדעיות לא מנוצלות", אמר מרטין סטיל, מנהל תוכנית NSF של מצפה הכוכבים הבינלאומי ג'מיני. "מדידת המסה של החור השחור הבינארי העל-מסיבי הזה היא דוגמה בולטת להשפעה הפוטנציאלית של מחקר חדש הבוחן את הארכיון העשיר הזה."
הבנה כיצד נוצר בינארי זה יכול לעזור לחזות אם ומתי הוא יתמזג - מספר רמזים מצביעים על כך שהזוג נוצר ממיזוג של גלקסיות מרובות. ראשית, B2 0402+379 הוא "צביר מאובנים", כלומר תוצאה של מיזוג של כוכבים וגז של צביר שלם של גלקסיות לגלקסיה מסיבית אחת. בנוסף, נוכחותם של שני חורים שחורים סופר-מסיביים, בשילוב המסה המשולבת הגדולה שלהם, מעידה על כך שהם נוצרו ממיזוג של כמה חורים שחורים קטנים יותר מגלקסיות שונות.
לאחר מיזוג גלקטי, חורים שחורים סופר מסיביים אינם מתנגשים חזיתית. במקום זאת, הם מתחילים לעוף זה על פני זה, ומתמקמים במסלול מוגבל. בכל מעבר, אנרגיה מועברת מהחורים השחורים לכוכבים שמסביב. אובדן אנרגיה, הזוג נמשך קרוב יותר ויותר עד שמפרידים ביניהם שנות אור, כאשר קרינת הכבידה משתלטת והם מתמזגים. תהליך זה נצפה ישירות בזוגות של חורים שחורים בעלי מסה כוכבית - המקרה הראשון תועד בשנת 2015 הודות לזיהוי גלי כבידה - אך מעולם לא נצפה במערכות סופר-מסיביות בינאריות.
עם ידע חדש על המסה הגדולה ביותר של המערכת, הצוות הגיע למסקנה שנדרש מספר גדול מאוד של כוכבים כדי להאט את מסלולה של המערכת הבינארית מספיק כדי לקרב אותם זה לזה. תוך כדי כך, נראה כי חורים שחורים פלטו כמעט את כל החומר סביבם, והותירו את הליבה הגלקטית נטולת כוכבים וגז. ללא עוד חומר להאט עוד יותר את מסלולם של הזוג, המיזוג שלהם נעצר בשלביו האחרונים.
"לגלקסיות עם זוגות חורים שחורים קלים יותר נראה בדרך כלל שיש מספיק כוכבים ומסה כדי להתכנס במהירות", אומר רומני. "מכיוון שהזוג הזה כל כך כבד, הוא צריך הרבה כוכבים וגז כדי לעשות את העבודה. אבל הבינארי פינה את הגלקסיה המרכזית מחומר כזה, והשאיר אותה קפואה וזמינה למחקר שלנו."
אם הם יתגברו על קיפאון ובסופו של דבר יתמזגו בעוד מיליוני שנים, או יישארו בלימבו מסלולי לנצח, נותר לראות. אם הם יתמזגו, גלי הכבידה שיתקבלו יהיו חזקים פי 100 מיליון מאלה שנוצרו ממיזוג חורים שחורים במסה כוכבית.
יתכן שהזוג יוכל להתגבר על המרחק הסופי הזה באמצעות מיזוג גלקטי אחר, שינשוף חומר נוסף לתוך המערכת, או אולי חור שחור שלישי, כדי להאט את מסלולו של הזוג מספיק כדי שהוא יתמזג. עם זאת, בהתחשב במעמדו של B2 0402+379 כצביר מאובנים, מיזוג גלקסיות חדש אינו סביר.
"אנו מצפים למחקרים נוספים על הליבה של B2 0402+379, שם נראה כמה גז הוא מכיל", אמר טירת' סורטי, סטודנט לתואר שני בסטנפורד ומחבר ראשי של המאמר. "זה ייתן לנו יותר תובנה האם חורים שחורים סופר מסיביים יכולים להתמזג לאורך זמן, או שהם יישארו כמערכת בינארית."
קרא גם: