Международная группа астрономов под руководством Сильке Бритцен из Института радиоастрономии им. Макса Планка (MPIfR, Бонн) получила первые прямые доказательства того, что в центре галактики Mrk 501 существуют две сверхмассивные черные дыры, вращающиеся друг вокруг друга на очень близком расстоянии. Исследование опубликовано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Ранее считалось, что почти в каждой крупной галактике есть сверхмассивная черная дыра с массой от миллионов до миллиардов масс Солнца. Но как именно эти объекты достигают таких размеров — вопрос оставался открытым. Простейшее «поглощение» газа заняло бы миллионы лет, поэтому ученые предполагают, что черные дыры растут и слияниями с другими массивными черными дырами в ходе столкновений галактик.
Двойной джет и кольцо Эйнштейна
В центре Mrk 501 одна из черных дыр выбрасывает в космос струю частиц с почти световой скоростью. Используя данные, собранные на протяжении почти 23 лет на различных радиочастотах, исследователи обнаружили вторую струю. Она исходила от второй черной дыры, которую до этого не удавалось наблюдать напрямую.
«Мы так долго искали ее, и стало полной неожиданностью, что смогли не только увидеть вторую струю, но и отследить ее движение», — рассказывает Сильке Бритцен.
Первый джет направлен в сторону Земли и поэтому виден особенно ярко. Второй джет ориентирован иначе, из-за чего его обнаружить было сложнее. За несколько недель наблюдений астрономы зафиксировали, как второй джет движется позади большей черной дыры, вращаясь вокруг нее. Иногда излучение, преломляясь гравитацией первой черной дыры, образовывало кольцо Эйнштейна — необычное кольцо света, которое возникает при идеальном выравнивании объекта с наблюдателем.
Тесный танец и будущий финал
Изменения яркости и направление джетов позволили ученым определить орбитальный период пары — около 121 дня. Расстояние между черными дырами составляет примерно 250–540 астрономических единиц, что для объектов с массой в сотни миллионов солнечных масс — невероятно мало. В зависимости от точной массы черных дыр, они могут слиться всего за сто лет.
Прямо разглядеть обе черные дыры невозможно даже с помощью самых мощных инструментов, включая Event Horizon Telescope. Но ученые ожидают, что сокращение расстояния между ними вызовет излучение гравитационных волн низкой частоты, которые можно будет обнаружить с помощью массивов синхронизации пульсаров (PTA).
Кандидат на гравитационное «звучание»
Двойные системы сверхмассивных черных дыр считаются вероятным источником недавно зафиксированного фонового излучения гравитационных волн. Mrk 501 теперь — главный кандидат, на котором можно наблюдать этот процесс в действии.
«Если гравитационные волны будут зафиксированы, мы сможем увидеть, как их частота растет по мере спирального сближения гигантов, и это даст уникальную возможность наблюдать слияние сверхмассивных черных дыр», — отмечает соавтор Эктор Оливарес.
Наблюдение таких пар помогает не только понять рост черных дыр, но и изучить динамику джетов, их взаимодействие и редкое явление кольца Эйнштейна. Для астрономов это редкая возможность заглянуть в самые экстремальные процессы Вселенной.
Нынешняя Вселенная стала результатом взрывов первичных черных дыр — гипотеза
Странный сигнал из космоса может подтвердить существование первичных черных дыр
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX