Видео: новый взгляд на столкновение сверхмассивных черных дыр
Новая модель приближает ученых к пониманию видов световых сигналов, создаваемых, когда две сверхмассивные черные дыры, которые в миллионы и миллиарды раз больше массы Солнца, сталкиваются по спирали. Впервые новое компьютерное моделирование, которое полностью включает в себя физические эффекты общей теории относительности Эйнштейна, показывает, что газ в таких системах будет светиться преимущественно в ультрафиолетовом и рентгеновском свете. Исследование было опубликовано во вторник, 2 октября, в журнале Astrophysical Journal.
Почти каждая галактика размером с наш собственный Млечный Путь или больше содержит черную дыру в центре. Наблюдения показывают, что слияния галактик часто происходят во Вселенной, но до сих пор никто не видел слияния этих гигантских черных дыр.
«Мы знаем, что галактики с центральными сверхмассивными черными дырами все время объединяются во Вселенной, но мы видим лишь небольшую часть галактик с двумя из них около их центров», — сказал Скотт Нобл, астрофизик из Центра космических полетов им. Годдарда в Гринбелте. «Пары, которые мы видим, не излучают сильные сигналы гравитационной волны, потому что они слишком далеки друг от друга. Наша цель — идентифицировать только свет — даже более близкие пары, из которых сигналы гравитационной волны могут быть обнаружены в будущем».
Новая симуляция показывает три орбиты пары сверхмассивных черных дыр. Модель указывает на то, что на этой стадии процесса свет может излучаться ультрафиолетовым светом с использованием некоторых высокоэнергетических рентгеновских лучей, аналогичных тому, что наблюдается в любой галактике, с хорошо просматриваемой сверхмассивной черной дырой.
Три области светоизлучающего газа накаляются, когда черные дыры сливаются воедино — все соединены потоками горячего газа: образуется большое кольцо, окружающее всю систему, называемое круговым диском, и два меньших вокруг каждой черной дыры, называемые мини-дисками. Все эти объекты излучают преимущественно УФ-излучение. Когда газ течет в мини-диск с высокой скоростью, ультрафиолетовый свет диска взаимодействует с каждой короной черной дыры, областью высокоэнергетических субатомных частиц выше и ниже диска. Это взаимодействие дает рентгеновское излучение. Когда скорость аккреции ниже, ультрафиолетовый свет тускнеет относительно рентгеновских лучей.
Основываясь на моделировании, исследователи ожидают, что рентгеновские лучи, испускаемые этим практически слиянием, будут более яркими и более переменными, чем рентгеновские лучи, наблюдаемые из одиночных сверхмассивных черных дыр. Темп изменений связан как с орбитальной скоростью газа, расположенным на внутреннем крае кругового диска, так и со слиянием черных дыр.
«Как показывает видео, то как черные дыры отбрасывают свет, приводит к сложным эффектам линзирования, когда одна черная дыра проходит перед другой», — поделился впечатлениями Стефан д’Асколи, студент-докторант в École Normale Supérieure в Париже и ведущий автор статьи. «Некоторые экзотические черты стали неожиданностью, например, тени в форме бровей, причем одна черная дыра иногда возникает вблизи горизонта другой».
