Ученые наконец-то выяснили точное время сложного танца между двумя огромными черными дырами, раскрыв скрытые детали физических характеристик этих таинственных космических объектов.
Черные дыры не являются неподвижными в пространстве; на самом деле, они могут быть весьма активны в своих движениях. Но поскольку они совершенно темны и не могут быть замечены непосредственно, их нелегко изучать. Ученые наконец-то выяснили точное время сложного танца между двумя огромными черными дырами, раскрывая скрытые детали физических характеристик этих загадочных космических объектов.
В галактике OJ 287 находится одна из самых больших черных дыр, когда-либо найденных, с массой более чем в 18 миллиардов раз превышающей массу нашего Солнца. Вокруг этого гиганта вращается еще одна черная дыра, масса которой примерно в 150 миллионов раз превышает массу Солнца. Дважды в 12 лет меньшая черная дыра пробивает огромный газовый диск, окружающий ее более крупного спутника, создавая вспышку света ярче, чем триллион звезд-даже ярче, чем вся галактика Млечный Путь. Свету требуется 3,5 миллиарда лет, чтобы достичь Земли.
Но орбита меньшей черной дыры продолговатая, а не круглая, и она нерегулярна: она меняет свое положение с каждой петлей вокруг большей черной дыры и наклоняется относительно диска газа. Когда меньшая черная дыра пробивает диск, она создает два расширяющихся пузырька горячего газа, которые удаляются от диска в противоположных направлениях, и менее чем через 48 часов система, по-видимому, вчетверо увеличится в яркости.
Из-за неправильной орбиты черная дыра сталкивается с диском в разное время в течение каждой 12-летней орбиты. Иногда вспышки появляются с разницей всего в один год, а иногда-с разницей в 10 лет. Попытки смоделировать орбиту и предсказать, когда произойдет вспышка, заняли десятилетия, но в 2010 году ученые создали модель, которая могла предсказать их появление в течение примерно одной-трех недель. Они продемонстрировали правильность своей модели, предсказав появление вспышки в декабре 2015 года в течение трех недель.
Затем, в 2018 году, группа ученых во главе с Ланкесваром Деем, аспирантом Института фундаментальных исследований Тата в Мумбаи, Индия, опубликовала статью с еще более детальной моделью, которая, как они утверждали, сможет предсказать время будущих вспышек в течение четырех часов. В новом исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal Letters, эти ученые сообщают, что их точный прогноз вспышки, произошедшей 31 июля 2019 года, подтверждает правильность модели.
Наблюдения за этой вспышкой почти не было. Поскольку OJ-287 находился на противоположной стороне Солнца от Земли, вне поля зрения всех телескопов на земле и на околоземной орбите, черная дыра не вернется в поле зрения этих телескопов до начала сентября, когда вспышка затухнет. Но система находилась в пределах видимости космического телескопа НАСА "Спитцер", который Агентство уволило в январе 2020 года.
После 16 лет эксплуатации орбита космического аппарата была удалена от Земли на 158 миллионов миль (254 миллиона километров), что более чем в 600 раз превышает расстояние между Землей и Луной. С этого наблюдательного пункта Спитцер мог наблюдать систему с 31 июля (в тот же день, когда должна была появиться вспышка) до начала сентября, когда OJ 287 станет видимым для телескопов на Земле.
"Когда я впервые проверил видимость OJ 287, я был потрясен, обнаружив, что он стал виден Спитцеру прямо в тот день, когда была предсказана следующая вспышка", - сказал Сеппо Лейн, младший научный сотрудник Caltech/IPAC в Пасадене, штат Калифорния, который следил за наблюдениями Спитцера за системой. "Нам очень повезло, что мы смогли захватить пик этой вспышки с помощью Spitzer, потому что никакие другие созданные человеком инструменты не были способны достичь этого подвига в тот конкретный момент времени."
Рябь в пространстве
Ученые регулярно моделируют орбиты небольших объектов в нашей Солнечной системе, таких как комета, петляющая вокруг Солнца, с учетом факторов, которые будут наиболее существенно влиять на их движение. Для этой кометы гравитация Солнца обычно является доминирующей силой, но гравитационное притяжение соседних планет также может изменить ее траекторию.