Астрономы нашли то, что может быть двумя массивными черными дырами в квазаре, которые должны стать одной примерно через 21 год.
В большинстве галактик в их центрах затаилась сверхмассивная черная дыра, но галактика на расстоянии 10.5 миллиардов световых лет выглядит так, будто у нее может быть две, и эта пара может слиться вместе всего через 21 год. Если наблюдения подтвердятся, то дуэт станет ближайшим из известных наборов бинарных черных дыр, а их неминуемое столкновение даст ученым беспрецедентный шанс наблюдать за экстремальной физикой в действии.
Потенциальные черные дыры невозможно увидеть напрямую. Кроме того, что они черные - то есть невидимые - слишком далеки от Земли и слишком близки друг к другу, чтобы их можно было рассмотреть с помощью телескопов. Но учёные обнаружили, что, по их мнению, является сигналом о том, что пара этих гигантов кружится вместе. Очевидные черные дыры находятся в так называемой квазарной галактике, высвобождающей поток света в виде массы, поглощаемой гигантской черной дырой в ее центре. Свет от большинства квазаров мерцает случайным образом по мере того, как чуть больше или меньше массы падает внутрь. Но если две черные дыры находятся в центре, а не одна, то их орбитальные движения будут возмущать газ вокруг них упорядоченным образом, вызывая периодические взлеты и падения света.
Тингтинг Лю, аспирант Университета Мэриленда, Колледж-парк, проанализировал свет, льющийся из 316 квазаров, как видно на среднеглубоком обзоре Pan-STARRS 1 (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System), сканировании неба, проведенном телескопом Pan-STARRS1 на горе Халеакала на Гавайях. Она искала периодические закономерности в свете, и квазар с громоздким названием PSO J334.2028+01.4075 оказался лучшим доказательством наличия рекуррентного сигнала. Черная дыра или пустошь имеют приблизительную суммарную массу от трех миллиардов до 30 миллиардов раз больше массы Солнца.
"Этот кандидат, которого мы представляем, находится в таком компактном отделении, что они фактически находятся в процессе слияния",
- говорит Суви Джезари, руководитель исследовательской группы Лю и соавтор статьи в газете, объявляя о своей находке, которая была принята к публикации в "Письмах Астрофизического Журнала". На самом деле, предстоящее воздействие, похоже, произойдет еще раньше для самих "черных дыр". В своей системе координат они должны сойтись всего за семь лет. Из-за феномена, называемого космологическим замедлением времени, в связи с расширением Вселенной, столкновение, с нашей точки зрения, произойдет через 21 год на Земле.
"Это была случайная находка",
- говорит Стюарт Шапиро, теоретический астрофизик из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, который не участвовал в исследованиях.
"Мы не знаем другого кандидата, который был бы так близок к слиянию".
Астрономы ожидают найти больше бинарных черных дыр с ростом Pan-STARRS1 и других подобных исследований, которые могут отслеживать такие системы с течением времени и искать периодические вариации света. Шапиро использует компьютерное моделирование, чтобы предсказать, что произойдет, когда гигантские черные дыры взорвутся. Чтобы иметь возможность наблюдать за одним в пространстве, он и другие теоретики могут предложить ему и другим теоретикам ценную проверку реальности своих вычислений.
"Когда две черные дыры приближаются достаточно близко, мы думаем, что они внезапно погружаются вместе и сливаются,
- говорит Шапиро.
"Это погружение и слияние вызовет всплеск гравитационных волн, и этот всплеск затем будет уменьшаться в течение некоторого времени, как слитые остатки звенят вниз, как колокол".
Колоколоподобные вибрации должны посылать спирали гравитационных волн, которые представляют собой пульсации, растягивающие и сжимающие ткань пространства-времени.
Такие пульсации можно обнаружить в так называемых массивах пульсарного времени, которые используют вращающиеся звезды, называемые пульсарами, в качестве естественных часов для поиска возмущений от гравитационных волн. Пульсары вращаются очень регулярно и размахивают струями света, как лучи маяка. Если гравитационная волна прошла через пространство, их свет может выйти из графика. Сравнивая время многих пульсаров в космосе, астрономы могли бы определить, когда и откуда пришла гравитационная волна.
"В настоящее время мы не обладаем достаточной чувствительностью для обнаружения этой системы PSO J334.2028+01.4075, но мы находим их все больше и больше в ходе различных исследований, так что это потенциально вершина айсберга",
- говорит Ксавье Сименс из Университета Висконсина-Милуоки, который руководит проектом Североамериканской Нанохерцкой обсерватории для гравитационных волн (NANOGrav) по созданию пульсарной временной матрицы.
"Эта система потенциально может быть обнаружена с помощью радиотелескопов нового поколения, с помощью таких вещей, как квадратно-километрическая решетка",
запуск которой намечен на 2025 год в Южной Африке и Австралии.
Является ли PSO J334.2028+01.4075 действительно двоичной черной дырой или нет, остается открытым вопросом.
Джордж Джорговски, астроном из Caltech, который недавно нашел еще одного кандидата на квазар с двойной спинной дырой, не убежден.
"Я скептически отношусь к их анализу и утверждениям",
- говорит он. Исследование Pan-STARRS1 наблюдало за системой, о которой идет речь, лишь в нескольких случаях, так что видимая вариация света может оказаться случайной, предостерегает он. Кроме того, вероятность обнаружения такого редкого события при таком относительно небольшом первоначальном размере выборки (316 квазаров) невелика.
"Шансы поймать одну пару при таком близком отделении, как они утверждают, что она слилась бы в течение нескольких лет, вероятно, значительно меньше, чем один на миллион",
- добавляет он.
Астрономам не следует слишком долго ждать, чтобы это выяснить. Лю и ее сотрудники подсчитали, что свет квазара колеблется в течение регулярного периода около 542 дней, а это означает, что в скором времени поступающие данные должны либо подтвердить, либо отвергнуть эту закономерность.
"Очень легко проверить устойчивость этого периодического колебания в будущем",
- говорит Гезари.
"И если есть две чёрные дыры, которые начинают закручиваться в спирали друг к другу, то их период должен становиться всё меньше и меньше. На самом деле мы можем искать это изменение как функцию времени".
Если эта гипотеза подтвердится, астрономы могут получить место в первом ряду одного из самых экстремальных событий в природе.
