Пара сверхмассивных черных дыр готовится к столкновению
Астрономы заметили двух призрачных Голиафов на пути к катастрофической встрече. Недавно обнаруженная пара сверхмассивных черных дыр находится ближе всего к столкновению из когда-либо виденных, объявили астрономы 9 января на собрании Американского астрономического общества в Сиэтле и в статье, опубликованной в The Astrophysical Journal Letters. С космологической точки зрения эти сверхмассивные черные дыры находятся на расстоянии всего 750 световых лет друг от друга и не сольются в течение нескольких сотен миллионов лет. Между тем, открытие астрономов дает более точную оценку того, сколько сверхмассивных черных дыр также приближается к столкновению во Вселенной.
Этот улучшенный подсчет поможет ученым услышать всеобщий хор интенсивной ряби в пространстве-времени, известный как гравитационные волны, самые большие из которых являются продуктами сверхмассивных черных дыр, близких к столкновению после слияния галактик. Обнаружение этого фона гравитационных волн улучшит оценки того, сколько галактик столкнулось и слилось в истории Вселенной. Короткое расстояние между недавно обнаруженными черными дырами «довольно близко к пределу того, что мы можем обнаружить, поэтому это так интересно», — говорит соавтор исследования Кьяра Мингарелли, младший научный сотрудник Центра вычислительных вычислений Института Флэтайрона. Астрофизика в Нью-Йорке.
Из-за небольшого расстояния между черными дырами астрономы смогли различить два объекта, только объединив множество наблюдений с семи телескопов, включая космический телескоп НАСА «Хаббл». (Хотя сверхмассивные черные дыры не видны напрямую в оптический телескоп, они окружены яркими сгустками светящихся звезд и теплым газом, притягиваемым их гравитационным притяжением.) Астрономы нашли пару быстро, как только начали поиски, а это означает, что близко расположенные сверхмассивные черные дыры «вероятно, более распространены, чем мы думаем, учитывая, что мы нашли эти две, и нам не нужно было далеко ходить, чтобы найти их». — говорит Мингарелли.
Недавно идентифицированные сверхмассивные черные дыры населяют смесь двух галактик, столкнувшихся на расстоянии около 480 миллионов световых лет от Земли. Гигантские черные дыры живут в сердце большинства галактик и становятся больше, поглощая окружающий газ, пыль, звезды и даже другие черные дыры. Две сверхмассивные черные дыры, обнаруженные в этом исследовании, являются настоящими тяжеловесами: их масса в 200 и 125 миллионов раз превышает массу нашего Солнца. Черные дыры встретились, когда галактики-хозяева столкнулись друг с другом. В конце концов они начнут вращаться друг вокруг друга, а орбита сужается, поскольку газ и звезды проходят между двумя черными дырами и крадут орбитальную энергию. В конечном счете, черные дыры начнут производить гравитационные волны намного сильнее, чем те, которые были обнаружены ранее, прежде чем врезаться друг в друга, образуя одну гигантскую черную дыру.
Предыдущие наблюдения сливающихся галактик видели только одну сверхмассивную черную дыру: поскольку два объекта находятся так близко друг к другу, ученые не могли окончательно отличить их друг от друга с помощью одного телескопа. Новое исследование, проведенное Майклом Дж. Коссом из Eureka Scientific в Окленде, Калифорния, объединило 12 наблюдений, сделанных на семи телескопах на Земле и на орбите. Хотя одного наблюдения было недостаточно, чтобы подтвердить их существование, объединенные данные окончательно выявили две отдельные черные дыры.
«Важно, чтобы со всеми этими разными изображениями вы получали одну и ту же историю — что существуют две черные дыры», — говорит Мингарелли, сравнивая это новое исследование с несколькими наблюдениями с предыдущими попытками. «Именно здесь другие исследования [близких сверхмассивных черных дыр] провалились в прошлом. Когда люди проследили за ними, оказалось, что была только одна черная дыра. [На этот раз у нас] много наблюдений, все в соглашение."
Она и приглашенный ученый из Института Флэтайрон Эндрю Кейси-Клайд использовали новые наблюдения для оценки численности сливающихся сверхмассивных черных дыр во Вселенной и обнаружили, что она «может быть на удивление высокой», говорит Мингарелли. Они предсказывают, что существует множество пар сверхмассивных черных дыр, генерирующих большое количество сверхсильных гравитационных волн. Весь этот шум должен привести к громкому фону гравитационных волн, который гораздо легче обнаружить, чем если бы население было меньше. Таким образом, первое в истории обнаружение фонового лепета гравитационных волн может произойти «очень скоро», говорит Мингарелли.
