Колоссальные черные дыры застыли в танце в сердце галактики

Каждое из двух гигантских тел по массе в сотни миллионов раз превышают массу Солнца, а расстояние между объектами примерно в 50 раз превышает расстояние, разделяющее Солнце и Плутон. Ожидается, что когда пара сольется примерно через 10 000 лет, колоссальное столкновение сотрясет пространство и само время, посылая гравитационные волны по всей Вселенной.

Группа астрономов под руководством Калифорнийского технологического института обнаружила доказательства того, что этот сценарий происходит внутри очень энергичного квазара. Квазары — это активные ядра галактик, в которых сверхмассивная черная дыра выкачивает материал из окружающего диска. В некоторых квазарах сверхмассивная черная дыра создает джет, летящий со скоростью, близкой к скорости света. Квазар, наблюдаемый в новом исследовании, PKS 2131-021, принадлежит к подклассу блазаров, в которых джеты направлены ??на Землю. Астрономы уже знали, что квазары могут обладать двумя сверхмассивными черными дырами, но найти прямые доказательства этого оказалось непросто.

Исследователи утверждают, что PKS 2131-021 стал вторым известным кандидатом на роль пары сверхмассивных черных дыр, пойманных в процессе слияния. Первая пара-кандидат внутри квазара под названием OJ 287 вращается вокруг друг друга на большем расстоянии, совершая оборот каждые 9 лет, по сравнению с 2 годами, которые требуются паре PKS 2131-021 для завершения орбиты и находятся на расстоянии 2000 астрономических единиц друг от друга, что примерно в 50 раз превышает расстояние между Солнцем и Плутоном или в 10–100 раз ближе, чем пара в OJ 287.

Контрольные доказательства были получены в результате радионаблюдений PKS 2131-021, которые охватывают 45 лет. Согласно исследованию, мощный джет, исходящий от одной из двух черных дыр внутри PKS 2131-021, смещается вперед и назад из-за орбитального движения пары. Это вызывает периодические изменения яркости радиосвета квазара. Эти колебания были зарегистрированы пятью различными обсерваториями, в том числе радиообсерваторией Owens Valley (OVRO) Калифорнийского технологического института, радиоастрономической обсерваторией Мичиганского университета (UMRAO), обсерваторией Haystack Массачусетского технологического института, Национальной радиоастрономической обсерваторией (NRAO), радиообсерваторией Mets?hovi в Финляндии и широкополосной обсерваторией НАСА WISE.

Комбинация радиоданных дает почти идеальную синусоидальную кривую блеска, в отличие от всего, что наблюдалось у квазаров ранее.

«Когда мы поняли, что пики и впадины кривой блеска, обнаруженные в последнее время, совпадают с пиками и впадинами, наблюдаемыми между 1975 и 1983 годами, мы поняли, что происходит что-то особенное», — говорит Сандра О'Нил, ведущий автор нового исследования.

Большинство, если не все галактики обладают чудовищными черными дырами в своих ядрах, включая нашу собственную галактику Млечный Путь. Когда галактики сливаются, их черные дыры «погружаются» в середину новообразованной галактики и в конечном итоге объединяются, образуя еще более массивную черную дыру. По мере того, как черные дыры движутся по спирали друг к другу, они все больше и больше нарушают ткань пространства и времени, испуская гравитационные волны, которые впервые были предсказаны Альбертом Эйнштейном более 100 лет назад.

LIGO (лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) Национального научного фонда, которой совместно управляют Калифорнийский технологический институт и Массачусетский технологический институт, обнаруживает гравитационные волны от пар черных дыр, масса которых в десятки раз превышает массу Солнца. Но сверхмассивные черные дыры в центрах галактик имеют массу, в миллионы и миллиарды раз превышающую массу нашего Солнца, и излучают более низкие частоты гравитационных волн, чем обнаруженные LIGO.

В будущем временные массивы пульсаров, состоящие из массива пульсирующих мертвых звезд, за которыми точно следят радиотелескопы, должны будут обнаруживать гравитационные волны от сверхмассивных черных дыр такого веса. Предстоящая миссия Laser Interferometer Space Antenna (LISA) позволит обнаружить сливающиеся черные дыры, массы которых в 1000–10 миллионов раз превышают массу Солнца, но PKS 2131-021 представляет собой наиболее многообещающую цель. Между тем, световые волны — лучший способ обнаружить слияние сверхмассивных черных дыр.