Обсерватория Swift изучает пару газовых черных дыр-монстров

Ученые, используя наблюдения обсерватории НАСА «Свифт» Нила Герелса, впервые обнаружили сигнал от пары чудовищных черных дыр, разрушающих облако газа в центре галактики.

«Это очень странное событие под названием AT 2021hdr, которое повторяется каждые несколько месяцев», — говорит Лорена Эрнандес-Гарсия, астрофизик из Института астрофизики тысячелетия, Ядра тысячелетия по сквозным исследованиям и технологиям для изучения сверхмассивных черных дыр и Университета Вальпараисо в Чили.

«Мы думаем, что облако газа поглотило черные дыры. Вращаясь друг вокруг друга, черные дыры взаимодействуют с облаком, возмущая и поглощая его газ. Это приводит к появлению колебаний в свете от системы».

Работа о AT 2021hdr под руководством Эрнандеса-Гарсии была опубликована 13 ноября в журнале Astronomy and Astrophysics.

Двойные черные дыры находятся в центре галактики под названием 2MASX J21240027+3409114, расположенной на расстоянии 1 миллиарда световых лет в северном созвездии Сигнус. Пара находится на расстоянии около 16 миллиардов миль (26 миллиардов километров) друг от друга, достаточно близко, чтобы свету потребовался всего один день, чтобы преодолеть расстояние между ними. Вместе они содержат массу, в 40 миллионов раз превышающую массу Солнца.

По оценкам ученых, черные дыры совершают орбиту каждые 130 дней и столкнутся и сольются примерно через 70 000 лет.

AT 2021hdr был впервые замечен в марте 2021 года группой ZTF (Zwicky Transient Facility), возглавляемой Калтехом, в Паломарской обсерватории в Калифорнии. Он был отмечен как потенциально интересный источник программой ALeRCE (Automatic Learning for the Rapid Classification of Events). Эта междисциплинарная команда объединяет инструменты искусственного интеллекта с человеческим опытом, чтобы сообщать астрономическому сообществу о событиях в ночном небе, используя горы данных, собранных программами наблюдения, такими как ZTF.

«Хотя изначально эта вспышка считалась сверхновой, вспышки 2022 года заставили нас задуматься о других объяснениях», — говорит соавтор исследования Алехандра Муньос-Арансибия, член команды ALeRCE и астрофизик из Института астрофизики Миллениума и Центра математического моделирования при Чилийском университете. «Каждое последующее событие помогает нам уточнить нашу модель происходящего в системе».

С момента первой вспышки ZTF фиксирует вспышки AT 2021hdr каждые 60-90 дней.

Эрнандес-Гарсия и ее команда наблюдают за источником с помощью Swift с ноября 2022 года. Swift помог им определить, что двоица производит колебания в ультрафиолетовом и рентгеновском свете на тех же временных масштабах, на которых ZTF наблюдает их в видимом диапазоне.

Исследователи провели «золотую середину», перебирая различные модели, чтобы объяснить то, что они увидели в данных.

Сначала они думали, что сигнал может быть побочным продуктом обычной активности в галактическом центре. Затем они подумали, не может ли причиной быть событие приливного разрушения — уничтожение звезды, подошедшей слишком близко к одной из черных дыр.

Наконец, они остановились на другой возможности — приливном разрушении газового облака, которое было больше, чем сама двойка. Когда облако столкнулось с черными дырами, гравитация разорвала его на части, образовав нити вокруг пары, и трение начало нагревать его. Вблизи черных дыр газ стал особенно плотным и горячим.

При движении по орбите сложное взаимодействие сил выбрасывает часть газа из системы при каждом обороте. Эти взаимодействия и вызывают колебания света, которые наблюдают Swift и ZTF.

Эрнандес-Гарсия и ее команда планируют продолжить наблюдения за AT 2021hdr, чтобы лучше понять эту систему и усовершенствовать свои модели. Они также заинтересованы в изучении ее родной галактики, которая в настоящее время сливается с другой галактикой поблизости — событие, о котором впервые сообщается в их статье.

«По мере того как Swift приближается к своему 20-летию, невероятно видеть все новые научные достижения, которые он все еще помогает сделать сообществу», — сказал С. Брэдли Ценко, главный исследователь Swift в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «Он еще многому может научить нас в постоянно меняющемся космосе».

Миссии НАСА являются частью растущей всемирной сети, наблюдающей за изменениями в небе, чтобы разгадать тайны устройства Вселенной.

Наблюдения за AT 2021hdr предоставляют редкую возможность изучить сложные механизмы, происходящие вблизи сверхмассивных черных дыр. Эти системы являются одними из самых экстремальных лабораторий во Вселенной, где физические процессы протекают в условиях невероятных температур и сил гравитации. Учёные ожидают, что данные, полученные от наблюдений за этой системой, могут помочь пролить свет на поведение материи в таких экстремальных условиях и, возможно, даже на фундаментальные законы физики.

Благодаря интенсивной международной кооперации и использованию передовых технологий в области наблюдений и анализа данных, исследователи надеются не только подтвердить свои гипотезы о природе газового облака и взаимодействии двойных черных дыр, но и выявить новые феномены. Такая исследовательская работа имеет большое значение, так как понимание этих процессов может предоставить ключи к разгадке многих загадок космоса, включая образование и эволюцию галактик.

Слияние двух крупнейших объектов Вселенной — черных дыр — является редким и захватывающим процессом, который может в конечном итоге повлиять на структуру и эволюцию всей галактики-носителя. Исследования подобных систем помогают астрономам больше узнать о таких процессах и, возможно, даже наблюдать за рождением нового галактического центра на более поздних этапах.

Эрнандес-Гарсия и её команда уверены, что дальнейшие наблюдения помогут уточнить механизмы взаимодействия в системе AT 2021hdr. С каждым новым обнаружением и анализом данных они приближаются к более полному пониманию поведения этих загадочных космических объектов. Эти усилия служат важным вкладом в наше общее представление о сложных динамических процессах, происходящих в насыщенных газами центрах далеких галактик.