Международная группа астрономов получила прямые наблюдательные свидетельства существования пары сверхмассивных чёрных дыр в центре галактики Mrk 501. Исследователи обнаружили не только известную струю частиц, но и вторую, движение которой удалось проследить. Работа команды под руководством Сильке Бритцен из Института радиоастрономии Общества Макса Планка в Бонне принята к публикации в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, сообщает ScienceDaily.
Сверхмассивные чёрные дыры, масса которых может в миллионы и миллиарды раз превышать солнечную, предположительно находятся в центрах почти всех крупных галактик. Они растут за счёт поглощения окружающего газа, однако одного этого механизма может быть недостаточно для формирования самых массивных объектов. Дополнительным источником роста способны служить слияния чёрных дыр, происходящие после столкновений галактик.
Для изучения Mrk 501 учёные проанализировали радионаблюдения на нескольких частотах, выполненные в разные дни на протяжении примерно 23 лет. Ранее астрономы знали о яркой струе, направленной почти прямо к Земле, поэтому её было сравнительно легко заметить. Вторая струя движется в ином направлении и долго оставалась скрытой, но продолжительные наблюдения позволили отследить и её.
За несколько недель положение второй струи заметно менялось: она словно появлялась из-за более крупной чёрной дыры и двигалась вокруг неё против часовой стрелки. Повторяемость этого движения указывает на орбитальное взаимодействие двух объектов. «Мы так долго искали её, а затем совершенно неожиданно обнаружили, что можем не только увидеть вторую струю, но и проследить за её движением», — рассказала Сильке Бритцен.
В июне 2022 года излучение системы, кроме того, приобрело кольцеобразный вид. Такое явление может быть эйнштейновским кольцом, возникающим при искривлении света гравитацией. Возможно, в тот момент две чёрные дыры и Земля оказались на одной линии, а передняя чёрная дыра сработала как гравитационная линза, отклонив свет второй струи.
По изменениям струй и повторяющимся колебаниям яркости исследователи оценили период обращения пары примерно в 121 день. Расстояние между чёрными дырами, по расчётам, составляет от 250 до 540 расстояний между Землёй и Солнцем, хотя их массы оцениваются в диапазоне от 100 миллионов до миллиарда солнечных масс. При определённых значениях массы сближение может завершиться слиянием всего примерно через 100 лет.
Различить объекты по отдельности современные телескопы не позволяют: Mrk 501 находится слишком далеко, а разрешения телескопа горизонта событий недостаточно. Однако приближение слияния могут выдать гравитационные волны — слабые возмущения пространства-времени, возникающие при движении массивных тел. Их способны обнаружить массивы синхронизации пульсаров, использующие регулярные радиосигналы быстро вращающихся нейтронных звёзд как космические часы.
Пары сверхмассивных чёрных дыр считаются главным объяснением гравитационно-волнового фона, свидетельства которого в 2023 году представили Европейский массив синхронизации пульсаров и другие научные объединения. Mrk 501 теперь может стать удобной целью для поиска связи между таким сигналом и конкретной системой. «Если гравитационные волны обнаружат, мы, возможно, даже увидим, как их частота постепенно повышается по мере того, как два гиганта приближаются к столкновению, что даст редкую возможность наблюдать развитие слияния сверхмассивных чёрных дыр», — отметил соавтор работы Эктор Оливарес.