Астрономы впервые зафиксировали тесную пару сверхмассивных чёрных дыр в центре галактики Markarian 501
Сверхмассивные чёрные дыры, масса которых достигает от 100 миллионов до 1 миллиарда масс Солнца, остаются одними из самых загадочных объектов во Вселенной. Учёные предполагают, что они растут за счёт слияний, однако до сих пор не удавалось зафиксировать близкую пару сверхмассивных чёрных дыр напрямую. В недавнем исследовании это удалось международной команде под руководством Зильке Бритцен (Silke Britzen) из Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR): астрономы впервые получили прямые доказательства существования такой системы в галактике Markarian 501.
Используя сеть радиотелескопов и анализируя высококачественные данные на разных частотах, собранные на протяжении 23 лет, команда обнаружила два мощных джета частиц, движущихся почти со скоростью света. Первый джет направлен к Земле и выглядит ярче, второй — ориентирован иначе и был труднее обнаружим. Долгосрочный анализ показал, что второй джет движется против часовой стрелки вокруг более крупной чёрной дыры, этот процесс цикличен, что указывает на орбитальное движение пары сверхмассивных чёрных дыр.
В июне 2022 года излучение системы приняло форму кольца Эйнштейна: свет второго джета был искривлён первой чёрной дырой, создавая почти идеальный круг. Это гравитационное линзирование подтвердило наличие двух чёрных дыр, так как их система идеально выровнена по отношению к наблюдателю.
По оценкам исследователей, чёрные дыры обращаются друг вокруг друга с периодом около 121 дня на расстоянии 250–540 астрономических единиц — относительно небольшом для объектов таких размеров. При сохранении текущей динамики они могут слиться примерно через 100 лет. Такое слияние создаст низкочастотные гравитационные волны, которые потенциально смогут зафиксировать радиотелескопы, такие как Pulsar Timing Array (PTA). Mrk 501 может стать ключевым объектом для связывания наблюдаемых сигналов гравитационного фонового излучения с конкретной бинарной сверхмассивной системой.
Непрямая фиксация пары чёрных дыр через джеты частиц особенно важна, так как даже Event Horizon Telescope, который в 2019 и 2022 году впервые показал изображения чёрных дыр, не обладает разрешением для визуализации двух объектов в Mrk 501. Это открытие даёт уникальную возможность изучать финальную стадию слияния сверхмассивных чёрных дыр и проверять теоретические модели их формирования и эволюции.
«Если гравитационные волны будут зарегистрированы, то мы сможем наблюдать, как их частота постепенно растёт по мере спирального сближения двух гигантов, предоставляя редкую возможность увидеть слияние сверхмассивных чёрных дыр в реальном времени», — отметил соавтор исследования Эктор Оливари (Hector Olivares).