Астрономы запечатлели беспрецедентную картину рентгеновского излучения системы черных дыр в ранней Вселенной. Для этого они использовали естественную космическую линзу. Это «увеличительное стекло» было впервые использовано для увеличения резкости рентгеновских изображений, собранных обсерваторией Чандра . Были зарегистрированы детали морфологии черных дыр, которые обычно находятся слишком далеко, чтобы их можно было изучить с помощью существующих рентгеновских телескопов.
В исследовании используется явление гравитационного линзирования , возникающее, когда свет от удаленных объектов искривляется большими скоплениями масс — такими как галактика, расположенная на линии прямой видимости между нами и удаленным объектом. Линзы позволяют значительно увеличивать и усиливать свет, из которого состоит видимое изображение предмета, а также создавать его дубликаты. Конфигурация этих дубликатов изображений может затем использоваться для декодирования сложности объекта и повышения его видимости.
Пара черных дыр, изучаемая с помощью такой гравитационной линзы в рамках этой исследовательской работы, называется MG B2016 + 112. Рентгеновские лучи, обнаруженные Чандрой , были испущены этой системой, когда Вселенной было всего 2 миллиарда лет. Это немного по сравнению с его нынешним возрастом почти в 14 миллиардов лет. Попытки ученых понять столь далекие объекты, видимые в рентгеновских лучах , были бы обречены на провал, если бы в их распоряжении не было этого природного увеличительного стекла.
Последнее исследование основано на предыдущей работе Кристианы Спингола из INAF Bologna. Используя доступные радионаблюдения за MGB2016 + 112 , она и ее команда нашли доказательства наличия в ней пары быстрорастущих сверхмассивных черных дыр, находящихся на расстоянии всего около 650 световых лет друг от друга. Обе черные дыры также оказались вероятными струями .
Используя модель гравитационного линзирования, построенную на основе этих радиоданных, астрономы затем пришли к выводу, что три изображения рентгеновских источников, обнаруженных в MG B2016+112, являются результатом явления линзирования двух разных объектов. Эти два объекта, испускающие рентгеновское излучение, скорее всего, являются парой сверхмассивных черных дыр или одной растущей сверхмассивной черной дырой и ее струей. Предполагаемое пространственное разделение этих объектов согласуется с результатами предыдущих исследований, проведенных на радиоволнах.
Предыдущие наблюдения пар и троек растущих сверхмассивных черных дыр с помощью телескопа Чандра в основном касались объектов, находящихся намного ближе к нам или гораздо дальше друг от друга. Рентгеновский джет уже наблюдался на еще большем расстоянии от Земли, и его свет излучался, когда возраст Вселенной составлял всего 7% от ее нынешнего возраста. Однако выброс этого джета находился на расстоянии около 160 000 световых лет от черной дыры.
Новый результат чрезвычайно важен, поскольку он дает нам ключевое представление о скорости роста черных дыр в ранней Вселенной, а также расширяет наше понимание способности обнаруживать двойные черные дыры. Гравитационная линза усиливает рентгеновское излучение этих удаленных объектов, которое в противном случае было бы слишком слабым для обнаружения. Благодаря этому излучение одного из компонентов, видимых в MG B2016+112 , может быть даже в 300 раз ярче, чем само изображение, полученное без линзирования.
Астрономы обнаружили черные дыры в миллиарды раз больше, чем у Солнца, которые образовались через сотни миллионов лет после Большого взрыва, когда возраст Вселенной составлял всего несколько процентов от ее нынешнего возраста , объясняет Спингола. Мы хотим разгадать тайну черных дыр, узнать, как они так быстро набрали массу.
Данные, полученные от гравитационных линз, могут также позволить им оценить, сколько таких двойных систем две сверхмассивные черные дыры вращаются достаточно близко друг к другу, чтобы в конечном итоге генерировать обнаруживаемые гравитационные волны в будущем .
Этот результат убедительно свидетельствует о том, насколько такое «увеличительное стекло» помогает в изучении далеких сверхмассивных черных дыр с использованием новых методов. Без этого эффекта «Чандре» пришлось бы наблюдать за ними в несколько сотен раз дольше, и даже тогда она не выявила бы такие сложные структуры , заключает соавтор Анна Барнака (CfA/Jagellonian University), разработавшая методику преобразования гравитационных линз в высокие -разрешающие «телескопы» для изучения удаленных объектов.
Неопределенность определения положения одного из рентгеновских объектов в MG B2016+112 составляет 130 световых лет в одном измерении и 2000 в другом, перпендикулярно ему. Это означает, что размер области, где, вероятно, находится этот источник, более чем в 100 раз меньше, чем площадь, идентифицируемая для типичного источника Чандра без линзы . Такая точность в определении положения объектов, находящихся на одинаковом расстоянии от нас, не имеет себе равных в современной рентгеновской астрономии.