Две сверхмассивные чёрные дыры впервые обнаружены в тесной смертельной спирали

Сверхмассивные чёрные дыры – настоящие гиганты космоса, масса которых превышает массу солнца в миллионы и даже миллиарды раз. Однако то, как именно они достигают подобных размеров, не до конца ясно.

Учёные полагают, что чёрные дыры растут, сливаясь друг с другом, но до сих пор астрономам не удавалось обнаружить тесную пару. Наблюдения, собранные за 23 года, наконец могут помочь разгадать эту загадку.

Группа астрономов, возможно, нашла первое прямое свидетельство существования пары сверхмассивных чёрных дыр, вращающихся в тесной орбите в центре одной галактики. Два объекта могут находиться на пороге грандиозного столкновения, которое объединит их в одно целое.

Команда под руководством Зильке Бритцен из Института радиоастрономии Макса Планка проанализировала наблюдения высокого разрешения галактики Маркарян 501. Данные охватывают различные радиочастоты и были собраны в разные дни на протяжении 23 лет.

Результаты оказались неожиданными. Чёрные дыры выбрасывают мощные узкие пучки материи и энергии – джеты, которые движутся в космосе почти со скоростью света. Астрономы уже зафиксировали один такой джет, исходящий из центра галактики Маркарян 501. Однако данные выявили нечто новое – из галактики вырывались не один, а два мощных потока частиц.

Обнаружение двух джетов из одной галактики указывает на присутствие в её центре двух сверхмассивных чёрных дыр.

Мы искали это так долго, и стало полным сюрпризом, что мы смогли не только увидеть второй джет, но и отследить его движение.

Первый джет направлен в сторону Земли, что делает его ярче и заметнее. Второй же ориентирован иначе, из-за чего обнаружить его значительно сложнее.

Всего за несколько недель наблюдений астрономы зафиксировали значительные изменения в поведении джетов.

Второй поток начинается позади более крупной чёрной дыры и движется вокруг неё против часовой стрелки, повторяя этот процесс снова и снова.

Анализ данных напоминал пребывание на корабле. Вся система джетов находится в движении. Система из двух чёрных дыр способна это объяснить – орбитальная плоскость раскачивается.

В июне 2022 года излучение системы приняло форму кольца – так называемого кольца Эйнштейна. Этот феномен возникает, когда свет от удалённого объекта искривляется в почти идеальную окружность.

Наблюдение помогло подтвердить существование двух чёрных дыр – гравитационное линзирование ближней чёрной дыры формировало свет второго джета, расположенного позади неё.

По оценкам исследователей, две чёрные дыры совершают полный оборот друг вокруг друга примерно за 121 день. Расстояние между ними составляет от 250 до 540 астрономических единиц – то есть в 250–540 раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца. Это может показаться огромной дистанцией, но для двух объектов подобного масштаба это ничтожно мало.

На основе полученных данных учёные считают, что слияние чёрных дыр может произойти в ближайшие 100 лет. Если и когда столкновение случится, оно породит гравитационные волны на очень низких частотах. Такие волны можно зафиксировать с помощью сверхчувствительных радиотелескопов, работающих в рамках программы Пульсарной решётки синхронизации (Pulsar Timing Array).