Танец перед катастрофой: две черные дыры на грани столкновения
Астрономы, возможно, обнаружили экстремальную пару черных дыр, испускающих мощные потоки излучения и спирально сближающихся к огромному столкновению, последствия которого могут быть ощутимы уже в следующем столетии.
Используя данные радиотелескопов за несколько десятилетий, ученые изучили сверхъяркий объект, который ранее считался блазаром — светящимся ядром галактики, обычно питаемым черной дырой, — находящимся на расстоянии около 500 миллионов световых лет от нашей Солнечной системы. Наблюдения выявили скрытую струю энергии, которая позволяет предположить, что на самом деле этот интенсивно яркий объект представляет собой две черные дыры на грани столкновения, возможно, менее чем через 100 лет.
«Мы ожидаем, что в итоге останется одна (слившаяся) черная дыра», — рассказала BBC Science Focus соавтор исследования Зильке Бритцен, астроном из Института радиоастрономии Макса Планка. — «Мне очень интересно наблюдать, как будет продолжаться этот «танец»».
Результаты исследования были опубликованы 27 марта в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Как были найдены две черные дыры
Блазары — одни из самых ярких объектов во Вселенной. Их относят к активным галактическим ядрам — объектам в центрах галактик, активно поглощающим вещество и обычно питаемым сверхмассивными черными дырами, — которые, как правило, направляют струи высокоэнергетического излучения в сторону Земли. Обычно источником такой струи служит центральная черная дыра, но в случае с блазаром в галактике Markarian 501 что-то не сходилось.
Годами астрономы наблюдали разные ориентации струи с помощью данных радиотелескопов, что затрудняло определение того, действительно ли в ядре этого объекта находится сверхмассивная черная дыра. Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи проанализировали более 83 наборов данных из Very Long Baseline Array — международной сети из 10 радиотелескопов.
Результаты показали, что вместо одной большой струи существует также вторая струя, закручивающаяся против часовой стрелки вокруг центра блазара. Команда считает, что каждая из этих струй питается сверхмассивной черной дырой, масса каждой из которых составляет от 100 миллионов до миллиарда масс Солнца.
«Осознать, что существует вторая струя, было потрясающе», — призналась Бритцен. — «Для меня это было как: «Так вот как это работает?» Я была так изумлена и переполнена эмоциями, что хотела рассказать всем о нашей находке».
В июне 2022 года две черные дыры выстроились идеальным образом так, что гравитация первичной черной дыры искривила свет, испускаемый второй струей, в почти идеальный круг, известный как кольцо Эйнштейна. Благодаря явлению, называемому гравитационным линзированием — своего рода естественной увеличительной линзе, создаваемой интенсивными гравитационными силами, — эта находка добавляет дополнительные доказательства в пользу идеи о том, что блазар питается парой сверхмассивных черных дыр.
«Поскольку эти струи направлены к нам, кольцо Эйнштейна подтверждает этот сценарий», — пояснила Бритцен.
Считается, что две черные дыры вращаются друг вокруг друга по часовой стрелке примерно раз в 121 день и разделены расстоянием всего в 250–540 раз больше, чем дистанция между Землей и Солнцем, — что по астрономическим меркам довольно близко. Постепенно это расстояние будет сокращаться, пока два объекта в конечном итоге не сольются.
Исследователи полагают, что когда обреченные черные дыры неизбежно столкнутся, они высвободят гравитационные волны — рябь в ткани пространства-времени, порождаемую самыми интенсивными событиями во Вселенной, — которые могут оказаться мощнее, чем волны от ранее изученных слияний черных дыр. Если это так, то детекторы гравитационных волн на Земле смогут уловить этот сигнал, предоставив новые подсказки о свойствах исходной пары черных дыр.
Однако учёные предупреждают: точное время столкновения оценить сложно. Возможно, слияние произойдёт и позже, чем через сто лет, но то, что мы наблюдаем сейчас — это редчайшая возможность увидеть финальный акт космического танца в режиме реального времени. Следующие десятилетия станут решающими: астрономы по всему миру будут пристально следить за Markarian 501, готовясь зафиксировать момент, когда две сверхмассивные чёрные дыры станут одной, навсегда изменив наше понимание эволюции галактик.
