|
Первая близкая пара сверхмассивных черных дыр
|
|
|
|
Сверхмассивные черные дыры в центрах галактик являются одной из наиболее активных областей исследований в астрономии. Чтобы накопить свои огромные массы, они должны слиться друг с другом. Исследовательская группа под руководством Сильке Бритцен из Института радиоастрономии имени Макса Планка (MPIfR) в Бонне обнаружила прямые доказательства существования двух сверхмассивных черных дыр в галактике Маркарян 501, которые вращаются очень близко друг к другу. Возможно, это первый случай, когда была обнаружена пара, которая вот-вот сольется. Это дает уникальную возможность лучше понять центральный процесс эволюции галактик.
|
|
|
|
Полученные данные свидетельствуют о том, что в центре почти каждой крупной галактики находится сверхмассивная черная дыра, масса которой в миллионы или даже миллиарды раз превышает массу нашего Солнца. До сих пор неясно, как именно они могут достигать таких огромных масс. Сбор (аккреция) газа из окружающей области в одиночку занял бы слишком много времени, поэтому, вероятно, им пришлось бы слиться с другими массивными черными дырами. Столкновения галактик наблюдались по всей нашей Вселенной. Таким образом, весьма вероятно, что сверхмассивные черные дыры в центрах этих сталкивающихся галактик также сливаются, сначала вращаясь вокруг друг друга все ближе и ближе, а в конечном итоге сливаясь в одну.
|
|
|
|
|
|
|
Характерный луч частиц
|
|
|
|
Однако теоретические модели пока не могут точно описать эту заключительную фазу. Еще больше усложняет ситуацию то, что до сих пор не было достоверно обнаружено ни одной пары массивных черных дыр, находящихся близко друг к другу, несмотря на то, что столкновения между галактиками являются обычным явлением в космических масштабах времени. Недавнее исследование галактики Маркаряна 501 (Mrk 501) в созвездии Геркулеса изменило это мнение. Работа была опубликована в журнале Monthly Notices Королевского астрономического общества.
|
|
|
|
Черная дыра в центре Mrk 501 выбрасывает в космос мощную струю частиц, движущихся почти со скоростью света. Для проведения исследования команда проанализировала данные наблюдений этого региона с высоким разрешением. Они охватывают различные радиочастоты и собирались в течение десятков дней в течение примерно 23 лет. Эти долгосрочные данные свидетельствуют не только об одном реактивном самолете, но и о втором. Это первое прямое изображение такой системы в центре галактики и четкое указание на существование второй сверхмассивной черной дыры. "Мы так долго искали его, а потом для нас стало полной неожиданностью, что мы смогли не только увидеть вторую струю, но даже отследить ее движение", - сообщает Бритцен.
|
|
|
|
Тесный танец черных дыр
|
|
|
|
Первая струя направлена в сторону Земли, поэтому она кажется нам особенно яркой и известна уже давно. Вторая струя направлена по-другому, и поэтому ее было труднее обнаружить. В течение всего нескольких недель астрономы наблюдали значительные изменения: вторая струя начинается позади более крупной черной дыры и движется вокруг нее против часовой стрелки. Этот процесс повторяется.
|
|
|
|
"При оценке данных возникало ощущение, что находишься на корабле. Вся реактивная система находится в движении. Это можно объяснить системой из двух черных дыр: плоскость орбиты колеблется", - объясняет Бритцен. В один из дней наблюдений в июне 2022 года излучение, испускаемое системой, достигло нас по такой кривой траектории, что казалось кольцеобразным - так называемое кольцо Эйнштейна. Наиболее вероятное объяснение заключается в том, что система была идеально направлена к нам. Затем гравитационное линзирование известной черной дыры впереди сформировало свет второй струи позади нее.
|
|
|
|
Проанализировав прогрессию во времени и повторяющиеся изменения яркости струй, исследователи смогли сделать вывод, что две черные дыры обращаются вокруг друг друга с периодом обращения около 121 дня. Они находятся примерно в 250-540 раз дальше друг от друга, чем расстояние между Землей и Солнцем, что очень мало для таких экстремальных объектов с массой от 100 миллионов до миллиарда масс Солнца. В зависимости от их фактической массы расстояние между ними может сокращаться так быстро, что они могут слиться всего за 100 лет.
|
|
|
|
Обратный отсчет до финала
|
|
|
|
Из-за большого расстояния между Mrk 501 и Землей даже самые передовые методы наблюдения не позволяют получить изображение двух черных дыр как отдельных объектов. Даже телескоп Event Horizon Telescope (EHT), который предоставил нам первые изображения черных дыр в 2019 и 2022 годах, недостаточно мощный. Таким образом, все более сужающаяся орбита пары черных дыр в Mrk 501 не будет доступна для непосредственного наблюдения. Тем не менее, ученые ожидают четких свидетельств постоянно уменьшающегося расстояния между двумя черными дырами: система должна излучать гравитационные волны на очень низких частотах, которые можно было бы обнаружить с помощью временных решеток пульсаров (PTA).
|
|
|
|
Двойные сверхмассивные черные дыры (SMBHB) уже являются предпочтительным объяснением наблюдаемого фона гравитационных волн, доказательства которого были найдены в 2023 году Европейской системой синхронизации пульсаров и другими. В настоящее время Mrk 501 является основным кандидатом на то, чтобы отнести излучение гравитационных волн, измеренное с помощью PTAs, к конкретной двойной сверхмассивной черной дыре. "Если гравитационные волны будут обнаружены, мы можем даже увидеть, как их частота неуклонно растет по мере того, как два гиганта движутся по спирали к столкновению, что дает редкий шанс понаблюдать за слиянием сверхмассивных черных дыр", - отмечает соавтор Эктор Оливарес.
|
|
|
|
Источник
|
