दशकों से, खगोलविदों ने जाना है कि सुपरमैसिव ब्लैक होल (एसयूजीएस) सबसे विशाल आकाशगंगाओं के केंद्र में रहते हैं। ये ब्लैक होल, जो सैकड़ों-हजारों से लेकर अरबों सौर द्रव्यमानों तक होते हैं, आसपास के पदार्थ पर एक शक्तिशाली प्रभाव डालते हैं और माना जाता है कि यह सक्रिय गैलेक्टिक नाभिक (AGN) का कारण है। जब तक खगोलविदों ने उनके बारे में जाना है, उन्होंने यह समझने की कोशिश की है कि एसयूबी कैसे बनता है और विकसित होता है।
हाल ही में प्रकाशित अध्ययनों में, शोधकर्ताओं की दो अंतरराष्ट्रीय टीमों ने दूर की आकाशगंगाओं के केंद्रों पर पांच नए खोजे गए ब्लैक होल जोड़े की खोज की रिपोर्ट दी। यह खोज खगोलविदों को इस बात पर नई रोशनी डालने में मदद कर सकती है कि एसयूजीएस कैसे बनते हैं और समय के साथ बढ़ते हैं, यह उल्लेख करने के लिए नहीं कि ब्लैक होल विलय ब्रह्मांड में सबसे मजबूत गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उत्पादन कैसे करते हैं।
पहले चार दोहरे ब्लैक होल अभ्यर्थियों को "एडवांस मर्जर: मिड-इन्फ्रारेड कलर सिलेक्शन इन ए डूअल एजीएन फाइंडर" शीर्षक से एक अध्ययन में बताया गया था, जिसका नेतृत्व जॉर्ज मेसन यूनिवर्सिटी में खगोलशास्त्रियों की प्रोफेसर शोबिता सत्यपाल ने किया था। इस अध्ययन को प्रकाशन के लिए स्वीकार किया गया द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल और हाल ही में ऑनलाइन दिखाई दिया।
दूसरा अध्ययन, जिसने पांचवें दोहरे ब्लैक होल उम्मीदवार की सूचना दी, का नेतृत्व सारा एलिसन ने किया - विक्टोरिया विश्वविद्यालय में एक खगोल भौतिकी के प्रोफेसर। यह हाल ही में प्रकाशित हुआ था रॉयल एस्ट्रोनॉमिकल सोसायटी के मासिक नोटिस शीर्षक के तहत "~ 8 kpc पृथक्करण के साथ एक दोहरी सक्रिय गेलेक्टिक न्यूक्लियस की खोज". इन पाँच ब्लैक होल युग्मों की खोज बहुत ही भाग्यशाली थी, यह देखते हुए कि जोड़े एक बहुत ही दुर्लभ खोज हैं।
जैसा कि शोभिता सत्यपाल ने एक चंद्रा प्रेस बयान में बताया:
“खगोलविदों को पूरे ब्रह्मांड में एकल सुपरमैसिव ब्लैक होल मिलते हैं। लेकिन भले ही हमने अनुमान लगाया हो कि वे बातचीत करते समय तेजी से बढ़ते हैं, बढ़ते दोहरे सुपरमैसिव ब्लैक होल को ढूंढना मुश्किल हो गया है।“
ब्लैक होल युग्मों की खोज कई विभिन्न भू-आधारित और अंतरिक्ष-आधारित उपकरणों के डेटा को मिलाकर की गई थी। इसमें एरिजोना में स्लोन डिजिटल स्काई सर्वे (एसडीएसएस) और ग्राउंड-आधारित बड़े दूरबीन टेलीस्कोप (एलबीटी) में वाइड-फील्ड इन्फ्रारेड सर्वे एक्सप्लोरर (डब्ल्यूआईएसई) के निकट अवरक्त डेटा के साथ और नासा के चंद्र के एक्स-रे डेटा शामिल थे। एक्स-रे वेधशाला।
अपने अध्ययन के लिए, सत्यपाल, एलिसन और उनकी संबंधित टीमों ने दोहरी एजीएन का पता लगाने की मांग की, जो माना जाता है कि यह गांगेय विलय का परिणाम है। उन्होंने विलय की प्रक्रिया में दिखाई देने वाली आकाशगंगाओं की पहचान करने के लिए एसडीएसएस से ऑप्टिकल डेटा से परामर्श करके शुरुआत की। ऑल-स्काई वाइज सर्वेक्षण के डेटा का उपयोग उन आकाशगंगाओं की पहचान करने के लिए किया गया था जो सबसे शक्तिशाली एजीएन प्रदर्शित करती थीं।
फिर उन्होंने चंद्र की उन्नत सीसीडी इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर (एसीआईएस) और एलबीटी से उन सात आकाशगंगाओं की पहचान करने के लिए परामर्श किया जो विलय के उन्नत चरण में थीं। एलिसन के नेतृत्व में किए गए अध्ययन ने अपाचे प्वाइंट ऑब्जर्वेटरी (MaNGA) में मैपिंग नियरबी आकाशगंगाओं द्वारा प्रदान किए गए ऑप्टिकल डेटा पर भरोसा करते हुए नए ब्लैक होल जोड़े में से एक को इंगित किया।
संयुक्त आंकड़ों से, उन्होंने पाया कि सात विलय वाली आकाशगंगाओं में से पांच ने संभावित दोहरी एजीएन की मेजबानी की, जिन्हें 10 किलोपर्सेक (30,000 से अधिक प्रकाश वर्ष) से कम द्वारा अलग किया गया था। यह WISE द्वारा प्रदान किए गए अवरक्त डेटा द्वारा सबूत दिया गया था, जो कि तेजी से बढ़ते सुपरमैसिव ब्लैक होल की भविष्यवाणी के अनुरूप था।
इसके अलावा, चंद्रा डेटा ने एक्स-रे स्रोतों के करीब-अलग जोड़े को दिखाया, जो कि ब्लैक होल के अनुरूप भी है, जो धीरे-धीरे उन पर आरोपित होने के मामले हैं। इस अवरक्त और एक्स-रे डेटा ने यह भी सुझाव दिया कि सुपरमैसिव ब्लैक होल बड़ी मात्रा में धूल और गैस में दफन हैं। जैसा कि एलिसन ने संकेत दिया, ये निष्कर्ष श्रमसाध्य कार्य का परिणाम थे जिसमें डेटा के कई तरंग दैर्ध्य के माध्यम से छंटाई शामिल थी:
“हमारे काम से पता चलता है कि एक्स-रे अनुवर्ती के साथ अवरक्त चयन का संयोजन इन ब्लैक होल जोड़े को खोजने के लिए एक बहुत प्रभावी तरीका है। एक्स-रे और अवरक्त विकिरण इन ब्लैक होल जोड़े के आसपास गैस और धूल के अस्पष्ट बादलों को भेदने में सक्षम हैं, और उन्हें अलग करने के लिए चंद्र की तेज दृष्टि की आवश्यकता है ”।
इस अध्ययन से पहले, एक्स-रे अध्ययन के आधार पर बढ़ते ब्लैक होल के दस से कम जोड़े की पुष्टि की गई थी, और ये ज्यादातर संयोग से थे। यह नवीनतम कार्य, जिसने संयुक्त डेटा का उपयोग करते हुए पांच ब्लैक होल जोड़े का पता लगाया, इसलिए यह भाग्यशाली और महत्वपूर्ण दोनों था। परिकल्पना के अलावा कि सुपरमैसिव ब्लैक होल छोटे ब्लैक होल के विलय से बनते हैं, इन अध्ययनों में गुरुत्वाकर्षण तरंग अनुसंधान के लिए गंभीर निहितार्थ भी हैं।
"यह समझना महत्वपूर्ण है कि सामान्य सुपरमैसिव ब्लैक होल जोड़े, गुरुत्वाकर्षण तरंग वेधशालाओं के संकेतों की भविष्यवाणी करने में मदद करने के लिए कैसे होते हैं," सत्यपा ने कहा। “पहले से ही प्रयोग और भविष्य में ऑनलाइन आने के साथ, यह ब्लैक होल के विलय पर शोध करने के लिए एक रोमांचक समय है। हम ब्रह्मांड की खोज में एक नए युग के शुरुआती चरण में हैं। ”
2016 से, लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी (LIGO) और VIRGO ऑब्जर्वेटरी जैसे उपकरणों द्वारा गुरुत्वाकर्षण तरंगों की कुल चार आवृत्ति का पता लगाया गया है। हालांकि, ये निशान ब्लैक होल विलय के परिणाम थे जहां ब्लैक होल सभी छोटे और कम बड़े पैमाने पर थे - आठ और 36 सौर द्रव्यमान के बीच।
दूसरी ओर सुपरमासिव ब्लैक होल्स बहुत अधिक बड़े पैमाने पर हैं और संभवतः एक बड़े गुरुत्वाकर्षण तरंग हस्ताक्षर का उत्पादन करेंगे क्योंकि वे एक साथ करीब खींचते रहते हैं। और कुछ सौ मिलियन वर्षों में, जब ये जोड़े अंततः विलय कर देते हैं, तो द्रव्यमान द्वारा उत्पादित ऊर्जा को गुरुत्वाकर्षण तरंगों में परिवर्तित किया जाएगा जो अविश्वसनीय होगा।
वर्तमान में, LIGO और कन्या जैसे डिटेक्टर सुपरमासिव ब्लैक होल जोड़े द्वारा बनाए गए गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने में सक्षम नहीं हैं। यह कार्य उत्तरी अमेरिकी नैनोहर्ट्ज़ ऑब्जर्वेटरी फॉर ग्रेविटेशनल वेव्स (NANOGrav) जैसे सरणियों द्वारा किया जा रहा है, जो अंतरिक्ष-समय पर गुरुत्वाकर्षण तरंगों के प्रभाव को मापने के लिए उच्च-परिशुद्धता मिलीसेकंड पल्सर पर निर्भर करता है।
प्रस्तावित लेजर इंटरफेरोमीटर स्पेस एंटीना (LISA), जो कि पहला समर्पित अंतरिक्ष-आधारित गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर होगा, को भी खोज में मदद की उम्मीद है। इस बीच, गुरुत्वाकर्षण तरंग अनुसंधान पहले से ही उन्नत प्रयासों से काफी लाभान्वित हुआ है जैसे कि उन्नत एलआईजीओ और उन्नत कन्या के बीच मौजूद है।
भविष्य में, वैज्ञानिक यह भी अनुमान लगाते हैं कि वे गुरुत्वाकर्षण लहर अनुसंधान के माध्यम से सुपरनोवा के अंदरूनी हिस्सों का अध्ययन करने में सक्षम होंगे। यह ब्लैक होल के गठन के पीछे के तंत्र के बारे में एक बड़ा खुलासा करने की संभावना है। इन सभी प्रयासों और भविष्य के विकासों के बीच, हम यूनिवर्स और उसके भीतर काम करने वाली सबसे शक्तिशाली ताकतों के बारे में बहुत कुछ "सुन" सकते हैं।
चंद्रा एक्स-रे वेधशाला के सौजन्य से, इस ब्लैक होल जोड़े में से दो का अंतिम विलय क्या होगा, यह दर्शाता है कि इस एनीमेशन को देखना सुनिश्चित करें:
