Астрономите са идентифицирали преки доказателства за две свръхмасивни черни дупки, обикалящи една около друга в ядрото на галактиката Markarian 501. Галактиката е на около 480 милиона светлинни години от Terra. Откритието идва от подробен анализ на радиоданни, събирани в продължение на повече от десетилетие. Основният признак е наличието на втора струя от релативистични частици до вече известната струя. Международният екип публикува резултатите в проучване, прието от списание Monthly Notices от Royal Astronomical Society.
Работата беше ръководена от изследователи от Instituto Max Planck, Radioastronomia, Alemanha. Eles преработи 83 набора от наблюдения, направени с Very Long Baseline Array между септември 2011 г. и юли 2023 г. Наблюденията се случиха с честота от 43 гигахерц. Essa честота ни позволява да разрешим структури много близо до галактическото ядро. Сравнението с данни от по-ниски честоти, като 15 гигахерца и 8 гигахерца, подсили констатациите.
Подробности за радионаблюденията
Данните показват две различни струи, излизащи от едно и също ядро. Главната струя, наречена Jet 1, сочи в посока Terra и вече беше известна. Втората струя, наречена Jet 2, се появява от противоположната страна на някои изображения и след това се извива обратно на часовниковата стрелка около ядрото. Конфигурация Essa се наблюдава многократно през дванадесетте години на наблюдение. Компонентите на Jet 2 променят позицията си на скали от седмици и месеци.
При наблюдение от 24 юни 2022 г. структури от Jet 2 образуваха частична дъга около основното ядро. Изследователите интерпретират тази дъга като частичен Einstein пръстен. Ele ще бъде причинено от гравитационните лещи на първичната черна дупка, действащи върху излъчването на струята от вторичната черна дупка. Ъгловата разделителна способност на изображенията достига десети от милиарксекунда. Essa Прецизността беше от съществено значение за разделянето на структурите.
Очакваният орбитален период за движението на Jet 2 около ядрото е около 141 дни в референтната рамка на галактиката. Светлинната крива на ядрото има периодичност, близка приблизително до 121 дни. Há също дългосрочна периодичност от 7,4 години, свързана с прецесията на орбиталната равнина на системата. Систематичното изместване между различните честоти показва наличието на два отделни масивни обекта.
- Jet 2 се появява от страната на противоструйната струя и се извива обратно на часовниковата стрелка, преди да се подравни успоредно на Jet 1.
- При последващи наблюдения Jet 2 завива на юг и се слива с основните струйни структури.
- Цялата система показва постепенно движение по посока на часовниковата стрелка през годините.
- Имаше временно отдръпване между 2016 и 2017 г., наречено обратно обръщане.
- Прецесията обяснява колебанието на орбиталната равнина като върха, който се люлее, докато се върти.
- Алтернативи като Kelvin-Helmholtz нестабилности не възпроизвеждат асиметричното изместване между честотите.
- Двоичният модел се очертава като най-последователното обяснение за набора от данни.
Характеристики на Galaxy Markarian 501
Markarian 501 е блазар, подтип на активно галактическо ядро. Nesse тип обект, една от струите сочи почти директно към Terra. Подравняването Esse усилва наблюдаваното излъчване чрез релативистични ефекти на Doppler. Галактиката излъчва силно радио, рентгенови и гама енергии в диапазона TeV. Sua Относителната близост улеснява наблюденията с висока разделителна способност на парсекови скали.
От 80-те години на миналия век астрономите са забелязали отклонения в радиоструктурата на галактиката. Промените настъпиха между малки мащаби, близки до ядрото, и по-големи мащаби от килопарсеки. Modelos Предишните предлагаха спирални струи, затворени в тесни конуси или проста прецесия. Nenhuma Предишното обяснение напълно отчита наблюдаваните резки промени. Директното откриване на две струи разрешава част от тези енигми, натрупани от десетилетия.
Първичната черна дупка има маса, оценена на стотици милиони пъти масата от Sol. Вторичната дупка произвежда Jet 2 и обикаля около първата на разстояние, което варира между 251 и 542 астрономически единици, в зависимост от предполагаемата обща маса. Разделянето на Essa е еквивалентно на десетки радиуси от Schwarzschild. Целият регион на двоичната система се вписва в пространство, по-малко от диаметъра на орбитата Plutão около Sol.
Последици за еволюцията на свръхмасивните черни дупки
Свръхмасивните черни дупки растат предимно чрез сливане по време на сблъсъци на галактики. Modelos Теоретиците прогнозират, че след сливането на галактиките централните черни дупки образуват гравитационно свързана двойка. Eles започват да се въртят един около друг. Откриването на Markarian 501 предлага директен случай на наблюдение на тази междинна фаза. Até Подобни доказателства се основават предимно на косвени изводи или кинематично моделиране.
Системата може да излъчва гравитационни вълни с честота около 8 пъти 10 до минус 8 херца. Essa честота попада в рамките на очаквания прозорец за откриване за пулсарни времеви масиви. Square Kilometre Array, в процес на разработка, може да допринесе за бъдещи търсения в този нискочестотен режим. Denser Observações с Very Long Baseline Array или бъдещият Black Hole Explorer може допълнително да прецизира орбиталната геометрия.
Изследователите изчисляват времето за сливане на двоичния файл. Ако масите са сравними, системата все още има милиарди години напред. Ако съотношението на масата е много малко, като 0,001, времето пада до стотици години. Най-правдоподобният модел сочи подобни маси, което показва дълготраен бинар, все още далеч от окончателното сливане. Докладите Algumas споменават възможността за сливане след около 100 години, но авторите на изследването остават предпазливи относно тази оценка.
Анализ на алтернативи и методологична строгост
Екипът проучи алтернативни обяснения за данните. Instabilidades от Kelvin-Helmholtz може да произвежда спирални структури в струи. Choques вътрешно или неравномерно масово натоварване също беше взето предвид. Nenhuma от тези хипотези обяснява систематичното изместване между честотите или повтарящото се орбитално движение на Jet 2. Изместването на ядрото чрез синхротронно самопоглъщане е изключено, тъй като се случва в грешна посока.
Анализът използва независимо моделиране на Гаус за всяка от 83-те епохи. Não Бяха наложени предишни хипотези. Методът за профилиране на вероятността направи възможно количественото определяне на несигурностите в параметрите. Сравнението с независими данни от други програми, като MOJAVE при 15 гигахерца, подсили интерпретацията. Essa Кръстосаното валидиране увеличи доверието в резултатите.
Проучването подчертава, че това е първото директно откриване на изображения на двуструйна система в ядрото на блазар. Trabalhos Предишните предлагаха двоични файлове въз основа на периодичност или непреки вариации. Пробивът тук е в едновременното наблюдение на две струи, съжителстващи в едни и същи изображения.
Исторически контекст и бъдещи перспективи
Markarian 501 е наблюдаван на множество дължини на вълните от десетилетия. Sua Високоенергийното излъчване на гама лъчи и криволичещата структура на радиото привлякоха вниманието. 7,4-годишната периодичност в радиосветлинната крива е в съответствие с вариациите, наблюдавани при други дължини на вълните. Isso добавя кохерентност към картината, която се появява.
Феноменът на изсветляване на крайниците, докладван в предишни наблюдения, може да е артефакт, причинен от наслагването на Jet 2 и Jet 1 в изображения с по-ниско качество. Quando Втората струя не беше разпозната, нейните структури бяха объркани с ръбовете на основната струя. Възможността Essa проправя пътя за препрочитане на исторически VLBI файлове на други активни ядра.
Бъдещите наблюдения с по-плътен каданс могат да уловят бързи пасажи на Jet 2 в специфични конфигурации. Black Hole Explorer, с планирана резолюция от около 6 микроаркосекунди, ще има Markarian 501 като приоритетна цел. Mesmo Без директно разрешаване на орбиталното разделяне, висококачествените изображения могат да разкрият подробности за потока материя, който захранва всяка черна дупка.
В по-широк мащаб случаят показва, че активните галактически ядра са сложни среди. Простият модел на единична черна дупка с чифт струи, перпендикулярни на акреционния диск, е полезен, но недостатъчен при висока разделителна способност. Fusões Galactica са често срещани във Вселената. Следователно свръхмасивните двоични файлове на черни дупки трябва да съществуват в големи количества. Reanálises от съществуващите колекции от интерферометрични данни с дълга базова линия може да разкрие други подобни случаи.
Констатацията засилва стойността на дългосрочните програми за мониторинг. Redes на радиотелескопи като Very Long Baseline Array, който функционира като инструмент с размерите на континент, са от съществено значение за този напредък. Внимателният анализ на данните, натрупани в продължение на години, ни позволи да различим двете отделни нишки в структурата, които изглеждаха като една струя.
Вселената продължава да разкрива допълнителни слоеве на сложност. Dois черни дупки се въртят една около друга в сърцето на Markarian 501 от десетилетия. Cada Човек изстрелва собствена струя плазма, ускорена до скорост, близка до тази на светлината. Дълго време инструментите и очакванията на наблюдателите показваха само една струя. Agora, с данни с висока разделителна способност и щателен анализ, науката идентифицира двете. Esse Намирането не е свързано само с конкретна система. Ele отваря нови перспективи за разбиране как растат най-масивните черни дупки и как галактиките се развиват в космическото време.