Изогнутый джет раскрывает тайну двойной сверхмассивной черной дыры в блазаре OJ 287
Ученые обнаружили, что струя частиц, вырывающаяся из окрестностей гигантской черной дыры, имеет резкий изгиб. Это стало убедительным доказательством того, что черная дыра является частью самой экстремальной двойной системы из известных науке.
Черная дыра и ее искривленный джет находятся в блазаре OJ 287, расположенном на расстоянии около 4 миллиардов световых лет от Земли. Блазары — это квазары, которые мы видим «в лоб». Квазары, в свою очередь, представляют собой активные ядра галактик, где сверхмассивные черные дыры поглощают огромные объемы материи. Падающее вещество формирует аккреционный диск, который из-за своей плотности становится своеобразной «пробкой», разогреваясь до невероятных температур и излучая столь ярко, что его видно через всю Вселенную.
Магнитные поля диска направляют часть заряженных частиц в узкие струи (джеты), разгоняя их до околосветовых скоростей. Поскольку блазары ориентированы в нашу сторону, их яркость значительно выше, чем у обычных квазаров. Однако OJ 287 — не типичный блазар. Астрономы наблюдали его циклы изменения яркости на протяжении 150 лет. Длинный цикл длится около 60 лет, а короткий — всего 12.
Короткий цикл связывают с наличием второй черной дыры-компаньона массой в 150 миллионов солнечных масс, вращающейся вокруг основной черной дыры (18,35 миллиарда солнечных масс). Раз в 12 лет меньшая черная дыра пересекает аккреционный диск более крупной, «воруя» часть вещества и формируя временный диск и джет. В такие периоды система превращается в двойной квазар.
Подтверждением этой гипотезы стали наблюдения 2021 года, когда OJ 287 вспыхнул с яркостью, превышающей совокупное излучение 100 галактик, из-за столкновения меньшей черной дыры с диском. Новые радионаблюдения, объединившие данные сети VLBA (США) и российского спутника «Спектр-Р», позволили получить самое детальное изображение джета OJ 287. Снимки показали, что струя имеет три резких изгиба и меняет угол наклона на 30 градусов. Это объясняется гравитационным воздействием второй черной дыры, искажающей траекторию джета.
Кроме того, астрономы зафиксировали ударную волну в джете, сопровождавшуюся всплеском гамма-излучения. Отдельные участки струи демонстрируют температуру до 10 триллионов градусов Цельсия — иллюзию, созданную релятивистским усилением излучения при движении частиц на околосветовых скоростях.
Значение открытия и будущие исследования
Открытие двойной системы в OJ 287 открывает новые возможности для изучения слияния сверхмассивных черных дыр и гравитационных волн. Хотя столкновение этих объектов произойдет не скоро, их взаимодействие уже генерирует низкочастотные гравитационные волны. Современные детекторы, такие как LIGO, не способны их уловить, но будущие проекты, например, космическая обсерватория LISA (запуск запланирован на 2030-е годы), смогут регистрировать подобные сигналы. Это поможет проверить предсказания Общей теории относительности и понять роль слияний черных дыр в эволюции галактик.
Кроме того, OJ 287 может стать ключом к разгадке механизмов формирования релятивистских струй. Ученые предполагают, что подобные «изогнутые» джеты могут быть маркером двойных систем, что упростит поиск других сверхмассивных дуэтов.
Влияние на астрофизику
Данное открытие подтверждает, что даже в сердце блазаров могут скрываться сложные динамические системы. Это ставит под сомнение прежние модели, предполагавшие стабильность аккреционных дисков вокруг одиночных черных дыр. Теперь астрономам предстоит пересмотреть процессы, отвечающие за формирование джетов и их взаимодействие с компактными объектами.
Исследование опубликовано 30 июля в журнале Astronomy & Astrophysics.
