|
Охота за парами чудовищных черных дыр
|
|
|
|
Столкновение галактик - дело непростое, но на это уходят миллионы лет. За это время две массивные звездные системы медленно сливаются воедино, и их гравитационное притяжение притягивает их ближе. В центре каждой галактики находится сверхмассивная черная дыра - объект, масса которого в миллионы или даже миллиарды раз превышает массу нашего Солнца. После слияния галактик эти две черные дыры должны в конечном итоге найти друг друга и выйти на орбиту вокруг общего центра тяжести. В результате образуется одно из самых экстремальных явлений во Вселенной - двойная сверхмассивная черная дыра. Но на сегодняшний день ни одна из них не найдена.
|
|
|
|
Несмотря на десятилетия теоретических предсказаний, доказательства существования этих двойных систем остаются удручающе недостижимыми. В недавнем обзоре, подготовленном международной группой астрономов под руководством Мартина Г. Х. Краузе, рассматривается текущее состояние доказательств существования этих неуловимых пар, объединяются наблюдения со всего электромагнитного спектра и исследуется, что мы можем ожидать увидеть, когда эти системы будут двигаться по спирали к своему окончательному слиянию.
|
|
|
|
Теория гласит, что образование двойных сверхмассивных черных дыр происходит по предсказуемому пути. После слияния двух галактик черные дыры из каждой галактики-прародительницы движутся к центру новой объединенной галактики в результате процесса, называемого динамическим трением. Когда каждая черная дыра движется по галактике, она передает энергию ближайшим звездам и темной материи, постепенно теряя импульс. В конце концов, две черные дыры оказываются на орбите друг вокруг друга на расстояниях, измеряемых тысячами световых лет, затем сотнями, а затем, возможно, и несколькими световыми годами.
|
|
|
|
|
|
|
Помимо своего образования, эти двойные системы должны оставлять характерные отпечатки на различных длинах волн света. Когда газ попадает на орбитальные черные дыры, он может создавать характерные линии излучения с двойным пиком в их спектрах. Если одна из черных дыр испускает струю - мощный поток частиц и излучения, распространяющийся почти со скоростью света, - орбитальное движение двойной системы может вызвать колебание или прецессию этой струи, создавая характерные S-образные или изогнутые структуры, видимые при радионаблюдениях. Астрономы определили несколько многообещающих кандидатов, демонстрирующих именно эти особенности, включая примеры, полученные с помощью радиотелескопа LOFAR.
|
|
|
|
В обзоре освещаются наблюдения двойных активных ядер галактик, систем, в которых обе черные дыры могут активно питаться окружающим газом и ярко светиться. Эти потенциальные кандидаты были обнаружены на расстояниях от тысяч световых лет до нескольких световых лет друг от друга. На больших расстояниях друг от друга астрономы иногда могут непосредственно видеть обе черные дыры как отдельные объекты. На более близких расстояниях доказательства становятся более косвенными, но не менее убедительными, основываясь на характерных спектроскопических характеристиках и своеобразном расположении струй. Работа опубликована на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
Что делает двойные системы со сверхмассивными черными дырами особенно интересными, так это их связь с гравитационно-волновой астрономией. По мере сближения этих двойных систем они начинают излучать гравитационные волны, рябь на ткани самого пространства-времени. В отличие от слияний черных дыр звездной массы, обнаруженных LIGO, которые генерируют высокочастотные гравитационные волны, длящиеся всего несколько секунд, двойные сверхмассивные черные дыры излучают низкочастотные волны, которые могут быть обнаружены с помощью временных решеток пульсаров или будущих космических детекторов, таких как космическая антенна лазерного интерферометра (LISA). Эти наблюдения позволили бы получить совершенно новую информацию. новое окно в историю слияния галактик.
|
|
|
|
Из обзора становится ясно, что, хотя доказательства убедительны и разнообразны, остаются значительные неопределенности. Одной из главных загадок является "проблема последнего парсека", вопрос о том, как двойным черным дырам удается сокращаться с расстояния в несколько световых лет до окончательного слияния. На таких расстояниях может не хватать окружающего вещества для эффективного извлечения энергии с орбиты. Были предложены различные решения - от влияния массивных звезд, пролетающих поблизости, до влияния газовых дисков или даже третьей сверхмассивной черной дыры, образовавшейся в результате столкновения другой галактики.
|
|
|
|
Источник
|
