RW Space

Сияющая галактика, находящаяся на расстоянии полмиллиарда световых лет от нас, может стать для нас местом в первом ряду столкновения сверхмассивной черной дыры в человеческих масштабах времени, возможно, всего за столетие.

Новый анализ пекулярного света от блазарной галактики Mrk 501 предполагает наличие не одной, а двух сверхмассивных черных дыр, каждая из которых приводит в движение свою собственную высокоскоростную струю материи. Это не окончательное открытие, но, согласно исследованию, проведенному астрономом Силке Бритценом из Института радиоастрономии Макса Планка в Германии, на данный момент это наиболее убедительное объяснение странного поведения галактики.

Если это подтвердится, это может означать, что один из белух космологии находится прямо у нас на пороге: первое наблюдение слияния сверхмассивных черных дыр, масса которых в миллионы или миллиарды раз превышает массу галактики. Солнце.

«Пока ни одна двойная струйная система в ядре блазара не была обнаружена с помощью прямых изображений», — пишут Бритцен и его коллеги. «Таким образом, в настоящей работе сообщается о первом обнаружении двойной реактивной системы, что приводит к выводу о наличии двойной сверхмассивной черной дыры в ядре этого блазара».

Считается, что сверхмассивные черные дыры скрываются в сердце каждой крупной галактики, в космическом ядре, вокруг которого вращается остальная часть галактики. Эти гиганты могут достигать огромных масс и создают ряд сложных проблем.

Одна из самых неотложных проблем заключается в том, как, черт возьми, они достигают таких размеров. Черные дыры звездной массы (массы в десятки солнечных) образуются из коллапсирующих ядер умирающих массивных звезд. Мы знаем, что они могут объединяться, образуя более крупные дыры, причем самая крупная известная из них имеет массу около 225 солнечных масс.

Пути формирования и эволюции черных дыр с массами в миллионы раз больше загадочны. Частично это связано с тем, что у нас нет инструментов для обнаружения гравитационных волн от слияния одиночных сверхмассивных черных дыр, которые были бы лучшим инструментом для понимания того, как они растут в результате слияний.

Но сверхмассивные черные дыры не так скрытны, как их гораздо меньшие родственники. Эти колоссы часто пожирают огромное количество материала, который кружится вокруг них в виде диска, нагреваясь при этом и сверкая светом.

Затем часть материала, падающего на черную дыру, отклоняется вдоль силовых линий магнитного поля за пределы горизонта событий. Этот материал ускоряется к полюсам черной дыры, где он выбрасывается в космос с огромной силой в виде струи плазмы, светящейся в радиосвете. Наши телескопы могут обнаружить как пылающий диск, так и высокоскоростные струи — характерные признаки хищной сверхмассивной черной дыры.

Мы знаем, что галактики сталкиваются, чтобы стать больше — во Вселенной существует множество примеров продолжающихся галактических столкновений. А сверхмассивные черные дыры в своих центрах стягиваются. Есть несколько примеров галактик после слияния с двумя или более сверхмассивными черными дырами в ядре, запертыми на спиральной орбите, которая, как ожидается, в конечном итоге объединит их.

Mrk 501, расположенная на расстоянии около 464 миллионов световых лет от нас, — это галактика, в которой астрономы подозревали наличие двойной сверхмассивной черной дыры. Однако Mrk 501 — это блазар, галактика с активной сверхмассивной черной дырой с релятивистской струей, направленной почти прямо на Землю. Оно чрезвычайно яркое во всем электромагнитном спектре, что затрудняет подробный анализ его ядра.

Бритцен и ее коллеги обратились к радиотелескопам сверхвысокого разрешения, чтобы отслеживать изменения в центре Mrk 501 на нескольких длинах радиоволн. Их наблюдения длились около 23 лет, что позволило им отслеживать яркие детали в джете с течением времени.

Исследователи использовали эти изменения, чтобы реконструировать, как вещество движется вблизи центрального двигателя галактики – и именно тогда появилось что-то странное. Судя по всему, этот узор наводил на мысль о наличии второй, более слабой струи, которая, кажется, вращалась вокруг радиоядра против часовой стрелки.

«Оценивать данные было похоже на пребывание на корабле», — говорит Бритцен. «Вся реактивная система находится в движении. Это можно объяснить системой из двух черных дыр: плоскость орбиты колеблется».

Затем команда смоделировала наблюдаемое движение и пришла к выводу, что такое поведение легче объяснить наличием второй сверхмассивной черной дыры. Они обнаружили два периода в колеблющемся свете. Одному из них было семь лет, и исследователи обнаружили, что это соответствует колебанию реактивной системы, похожему на раскачивающийся волчок.

Другой длился всего около 121 дня; это, по их словам, может соответствовать периоду обращения двух черных дыр, разделенных расстоянием, в 250–540 раз превышающим расстояние между Землей и Солнцем. Для таких огромных объектов, как сверхмассивные черные дыры, это очень близко.

Это также доля доли парсека, что составляет около 3,2 световых лет. Это интересно из-за проблемы, называемой финальным анализом.

Согласно моделям, когда сверхмассивные черные дыры вращаются вокруг друг друга, они передают свою орбитальную энергию звездам и газу вокруг них, в результате чего их взаимная орбита становится все меньше и меньше. По мере того как расстояние между ними сокращается, количество веществ, которые могут украсть их импульс, тоже сокращается.

К тому времени, когда они будут находиться на расстоянии примерно одного парсека друг от друга, их галактическое окружение больше не сможет поддерживать дальнейший орбитальный распад, поэтому орбита черных дыр может остановиться на очень длительный период времени – дольше, чем текущая продолжительность жизни Вселенной.

Если Mrk 501 действительно является домом для двойной сверхмассивной черной дыры, орбитальное разделение пары составляет не более 0,0026 парсека, что позволяет предположить, что такие двойные системы могут найти способ сократить разрыв, который, как говорит нам физика, очень трудно преодолеть.

Сверхмассивные черные дыры, чувак. Дикие вещи.

В любом случае, поскольку эта пока еще неподтвержденная двойная система находится так близко друг к другу, время до их столкновения может быть действительно очень коротким – менее 100 лет, говорят исследователи. Поэтому за MRK 501 стоит следить, особенно благодаря решеткам синхронизации пульсаров, которые могут обнаруживать низкочастотные гравитационные волны, которые они излучают.

По теме: Астрономы, возможно, видели, как сталкивающиеся черные дыры вызывают вспышку света

«Если гравитационные волны будут обнаружены, — говорит астроном Гектор Оливарес из Университета Радбауд в Нидерландах, — мы можем даже увидеть, как их частота неуклонно растет». поскольку два гиганта приближаются к столкновению, давая редкую возможность наблюдать за слиянием сверхмассивных черных дыр».

Статья принята к публикации в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества».