|
Выявили пары сверхмассивных черных дыр
|
|
|
|
Двойные сверхмассивные черные дыры образуются естественным образом при слиянии галактик, но ученым удалось уверенно наблюдать лишь очень немногие из этих систем, которые находятся на большом расстоянии друг от друга. Двойные черные дыры, которые вращаются близко друг к другу, еще не были измерены. В статье, опубликованной сегодня в журнале Physical Review Letters, исследователи предлагают выследить скрытые системы путем поиска повторяющихся вспышек света от отдельных звезд, лежащих за черными дырами, поскольку они временно увеличиваются за счет гравитационного линзирования по мере движения двойных орбит.
|
|
|
|
Сверхмассивные черные дыры находятся в центрах большинства галактик. Когда две галактики сталкиваются и сливаются, их центральные черные дыры в конечном итоге образуют связанную пару, известную как двойная сверхмассивная черная дыра. Эти системы играют решающую роль в эволюции галактик и являются одними из самых мощных источников гравитационных волн во Вселенной. Хотя будущие космические гравитационно-волновые обсерватории, такие как LISA, смогут напрямую исследовать такие двойные системы, сейчас исследователи показывают, что их уже можно обнаружить с помощью существующих и будущих электромагнитных исследований.
|
|
|
|
Гравитационное линзирование
|
|
|
|
"Сверхмассивные черные дыры действуют как естественные телескопы", - говорит Мигель Зумалакарреги из Института гравитационной физики имени Макса Планка. "Из-за своей огромной массы и компактных размеров они сильно искривляют проходящий свет. Звездный свет из одной и той же галактики-хозяина может быть сфокусирован в необычайно яркие изображения - явление, известное как гравитационное линзирование."
|
|
|
|
|
|
|
Для одиночной сверхмассивной черной дыры чрезвычайно сильное линзирование возникает только тогда, когда звезда находится почти точно на линии видимости. В отличие от этого, двойная сверхмассивная черная дыра действует как пара линз. В результате образуется ромбовидная структура, известная как каустическая кривая, вдоль которой звезды могут значительно увеличиваться.
|
|
|
|
"Вероятность того, что звездный свет будет значительно усилен, значительно возрастает для двойной системы по сравнению с одиночной черной дырой", - объясняет Бенс Кочсис из физического факультета Оксфордского университета и соавтор исследования.
|
|
|
|
Еще одно ключевое отличие состоит в том, что двойные черные дыры не являются статичными. Пока пара вращается под действием силы тяжести, система медленно теряет энергию, испуская гравитационные волны. В результате расстояние между двойными дырами со временем сокращается, а орбита постепенно ускоряется.
|
|
|
|
"По мере движения двойной системы каустическая кривая вращается и меняет форму, охватывая большое количество звезд за ней. Если яркая звезда находится в пределах этой области, она может вызывать необычайно яркую вспышку каждый раз, когда каустик проходит над ней", - говорит Ханси Ван, аспирант из группы Коциса, которая руководила исследованием. "Это приводит к повторяющимся вспышкам звездного света, которые обеспечивают четкую и отличительную характеристику двойной сверхмассивной черной дыры".
|
|
Ценная информация, полученная из обнаруженных сигналов
|
|
|
|
Исследователи показывают, что время и яркость этих вспышек содержат ценную информацию о двойной черной дыре. По мере того, как двойная дыра расширяется, излучение гравитационных волн слегка изменяет структуру каустика, внося характерные изменения как в частоту, так и в пиковую яркость вспышек.
|
|
|
|
Измеряя эти вспышки света, астрономы смогли определить важные свойства двойной системы, включая не только массы черных дыр, но и их эволюцию по орбитам. Вращаясь друг вокруг друга под действием силы тяжести, они медленно теряют энергию из-за излучения гравитационных волн. Это также сокращает расстояние между двумя черными дырами. Хотя вспышки света могут повторяться в течение нескольких лет, что соответствует периоду обращения таких особенно тяжелых черных дыр, для изменения частоты требуется значительно больше времени.
|
|
|
|
Что возможно, так это моментальные снимки: разные пары черных дыр, наблюдаемые таким образом, показали бы разную частоту, поскольку эти центры разных галактик также находятся на разных стадиях развития.
|
|
|
|
Благодаря появлению в Сети мощных широкоугольных обзоров, таких как обсерватория Веры К. Рубин и космический телескоп Нэнси Грейс Роман, исследователи с оптимизмом смотрят на то, что такие повторяющиеся вспышки линзирования можно будет наблюдать в ближайшие годы.
|
|
|
|
"Перспектива выявления вдохновляющих двойных сверхмассивных черных дыр за годы до того, как в будущем появятся космические детекторы гравитационных волн, чрезвычайно интересна", - заключает Кочсис. "Это открывает двери для настоящих исследований черных дыр с использованием нескольких мессенджеров, позволяя нам совершенно по-новому проверять гравитацию и физику черных дыр".
|
|
|
|
Источник
|
