Два супермасивних чорних отвори можуть бути на самому порозі зіткнення

Астрономи виявили, що особлива світність блазара Mrk 501 може свідчити про наявність двох надмасивних чорних дір, кожна з яких формує власний швидкісний струмінь матеріалу. Хоч це ще не остаточне підтвердження, дослідження під керівництвом Сільке Бріцен з Інституту радіоастрономії Макса Планка у Німеччині вважає цю гіпотезу найправдоподібнішою для пояснення дивної поведінки галактики.

Якщо здогад підтвердиться, це може стати першим спостереженням злиття надмасивних чорних дір із масою мільйони або мільярди разів більшою за сонячну, що відбувається у нашому космічному сусідстві.

За словами Бріцен та її колег, раніше жодна система подвійних струменів у ядрі блазара не була виявлена безпосереднім зображенням. Нове дослідження показує перше підтвердження існування подвійного струменя, що дозволяє зробити висновок про наявність бінарної системи надмасивних чорних дір у центрі Mrk 501.

Надмасивні чорні діри зазвичай розташовані у центрах великих галактик, формуючи ядро, навколо якого обертається вся галактика. Ці гіганти можуть досягати надзвичайних мас і викликати багато питань, зокрема, як вони стають такими величезними.

Чорні діри зоряної маси формуються із колапсованих ядер масивних зірок. Відомо, що вони можуть об'єднуватися у більші об’єкти, максимальна з відомих має приблизно 225 сонячних мас. Шляхи формування надмасивних чорних дір залишаються невизначеними через обмеженість інструментів для спостереження гравітаційних хвиль від їхніх злиттів.

Надмасивні чорні діри активно поглинають матерію, що обертається навколо них у диску, нагріваючи її й випромінюючи світло. Частина цього матеріалу відхиляється вздовж магнітних ліній і викидається у космос як плазмовий струмінь, що світиться у радіохвилях. Обидва явища — яскравий диск та струмені — можна зафіксувати за допомогою телескопів.

Галактики часто зливаються, утворюючи більші системи, а надмасивні чорні діри у їхніх центрах поступово зближуються. Існують приклади галактик після злиття, де дві або більше чорних дір обертаються одна навколо одної, готуючись до майбутнього злиття.

Галактика Mrk 501 розташована приблизно за 464 мільйони світлових років і вважається потенційним носієм подвійної надмасивної чорної діри. Як блазар, вона має активну чорну діру з релятивістським струменем, спрямованим майже прямо на Землю, що ускладнює детальне вивчення ядра.

Бріцен та команда використовували надвисокороздільні радіотелескопи, спостерігаючи за ядром Mrk 501 протягом 23 років і відстежуючи зміни у струмені. Це дозволило реконструювати рух матеріалу поруч із центральним двигуном галактики, де проявився другий, слабший струмінь, який ніби обертається проти годинникової стрілки.

Дослідники моделювали спостережувані зміни та дійшли висновку, що подвійна чорна діра краще пояснює отримані дані. Виявили два періоди коливань світності: семирічний, що відповідає хитанню струменя, і короткий — 121 день, можливо, орбітальний період двох чорних дір на відстані 250–540 астрономічних одиниць одна від одної.

Ця відстань дуже мала для об’єктів такої величини, що пов'язано з проблемою "останніх парсек". Моделі показують, що коли надмасивні чорні діри зближуються, вони передають орбітальну енергію зіркам і газу, а зменшення відстані може зупинитися на рівні одного парсека, що зазвичай триває надзвичайно довго.

Якщо припущення підтвердиться, відстань між чорними дірами у Mrk 501 становить лише 0,0026 парсека, демонструючи, що подібні бінарні системи можуть знаходити шлях до злиття. Тоді час до потенційного зіткнення може бути меншим за 100 років, астрономи радять спостерігати галактику за допомогою масивів пульсарів для виявлення низькочастотних гравітаційних хвиль.

Гіпотетичне виявлення гравітаційних хвиль дало б змогу спостерігати підвищення їхньої частоти, коли два гіганти зближуються, що відкриває рідкісну можливість спостерігати процес злиття надмасивних чорних дір.

Стаття прийнята до публікації у Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Підписуйтесь на наш Телеграм канал

Підписуйтесь на наш канал і будьте в курсі всіх останніх подій України та Світу

Відкрити канал