Astronomové identifikovali přímý důkaz dvou supermasivních černých děr obíhajících kolem sebe v jádru galaxie Markarian 501. Galaxie je od Terra vzdálena asi 480 milionů světelných let. Objev přišel z podrobné analýzy rádiových dat shromážděných za více než deset let. Hlavním znakem je přítomnost druhého výtrysku relativistických částic vedle již známého výtrysku. Mezinárodní tým zveřejnil výsledky ve studii přijaté časopisem Monthly Notices z Royal Astronomical Society.
Práce vedli výzkumníci z Instituto Max Planck, Radioastronomia, Alemanha. Eles přepracoval 83 sad pozorování provedených s Very Long Baseline Array mezi zářím 2011 a červencem 2023 ghers. Frekvence Essa nám umožňuje rozlišit struktury velmi blízké galaktickému jádru. Srovnání s daty z nižších frekvencí, jako je 15 gigahertzů a 8 gigahertzů, posílilo zjištění.
Podrobnosti rádiových pozorování
Data ukazují dva odlišné výtrysky vycházející ze stejného jádra. Hlavní tryska, nazvaná Jet 1, míří směrem k Terra a byla již známa. Druhý výtrysk, nazvaný Jet 2, se na některých snímcích objeví na opačné straně a poté se kolem jádra zakřiví proti směru hodinových ručiček. Konfigurace Essa byla během dvanácti let sledování opakovaně pozorována. Komponenty Jet 2 mění polohu na stupnici týdnů a měsíců.
Při pozorování z 24. června 2022 vytvořily struktury z Jet 2 částečný oblouk kolem hlavního jádra. Výzkumníci interpretují tento oblouk jako částečný prstenec Einstein. Ele by bylo způsobeno gravitační čočkou primární černé díry působící na emisi výtrysku ze sekundární černé díry. Úhlové rozlišení snímků dosahuje desetin miliarcsekundy. Essa K oddělení konstrukcí byla nezbytná přesnost.
Odhadovaná doba oběhu pro pohyb Jet 2 kolem jádra je asi 141 dní v rámci vztažné soustavy galaxie. Světelná křivka jádra má periodicitu blízkou přibližně 121 dnům. Há také dlouhodobá periodicita 7,4 roku, spojená s precesí orbitální roviny systému. Systematický posun mezi různými frekvencemi ukazuje na přítomnost dvou odlišných masivních objektů.
- Jet 2 se objeví na straně protiproudu a zakřiví se proti směru hodinových ručiček, než se vyrovná rovnoběžně s Jet 1.
- Při následných pozorováních se Jet 2 otáčí na jih a mísí se s hlavními tryskovými strukturami.
- Kompletní systém ukazuje postupný posun ve směru hodinových ručiček v průběhu let.
- Mezi lety 2016 a 2017 došlo k dočasnému stažení, nazývanému back flip.
- Precese vysvětluje kolísání orbitální roviny jako vrchol, který se chvěje, když se točí.
- Alternativy jako Kelvin-Helmholtzovy nestability nereprodukují asymetrický posun mezi frekvencemi.
- Binární model se ukazuje jako nejkonzistentnější vysvětlení souboru dat.
Vlastnosti Galaxy Markarian 501
Markarian 501 je blazar, podtyp aktivního galaktického jádra. Nesse typ objektu, jeden z trysek míří téměř přímo na Terra. Zarovnání Esse zesiluje pozorovanou emisi relativistickými efekty Doppler. Galaxie silně vyzařuje v rádiu, rentgenovém záření a gama záření. Sua Relativní blízkost usnadňuje pozorování s vysokým rozlišením na škálách parseků.
Od 80. let 20. století si astronomové všimli nesouososti v radiové struktuře galaxie. Ke změnám došlo mezi malými šupinami blízko jádra a většími šupinami kiloparseků. Modelos Předchozí navrhovaly spirálové trysky uzavřené v úzkých kuželech nebo jednoduchou precesi. Nenhuma Předchozí vysvětlení plně zohledňovalo pozorované náhlé změny. Přímá detekce dvou proudů řeší část těchto záhad, které se hromadily po desetiletí.
Primární černá díra má hmotnost odhadovanou na stovky milionů násobku hmotnosti Sol. Sekundární produkuje Jet 2 a obíhá první ve vzdálenosti, která se pohybuje mezi 251 a 542 astronomickými jednotkami v závislosti na předpokládané celkové hmotnosti. Oddělení Essa odpovídá desítkám poloměrů Schwarzschild. Celá oblast binárního systému se vejde do prostoru menšího, než je průměr oběžné dráhy Plutão kolem Sol.
Důsledky pro evoluci supermasivních černých děr
Supermasivní černé díry rostou především slučováním během kolizí galaxií. Modelos Teoretici předpovídají, že po splynutí galaxií vytvoří centrální černé díry gravitačně vázaný pár. Eles začnou obíhají kolem sebe. Detekce na čísle Markarian 501 nabízí přímý případ pozorování této přechodné fáze. Até Nyní se podobné důkazy opíraly především o nepřímé odvození nebo kinematické modelování.
Systém dokáže vysílat gravitační vlny s frekvencí asi 8 krát 10 až minus 8 hertzů. Frekvence Essa spadá do očekávaného detekčního okna pro pulsarová časovací pole. Square Kilometre Array, ve výstavbě, může přispět k budoucímu vyhledávání v tomto nízkofrekvenčním režimu. Denser Observações s Very Long Baseline Array nebo budoucí Black Hole Explorer by mohly dále zpřesnit orbitální geometrii.
Vědci vypočítali dobu koalescence dvojhvězdy. Pokud jsou hmotnosti srovnatelné, má systém před sebou ještě miliardy let. Pokud je hmotnostní poměr velmi malý, například 0,001, čas klesne na stovky let. Nejpravděpodobnější model ukazuje na podobné hmotnosti, což ukazuje na dlouhotrvající dvojhvězdu, která má ještě daleko ke konečnému sloučení. Zprávy Algumas zmiňují možnost koalescence za přibližně 100 let, ale autoři studie zůstávají ohledně tohoto odhadu opatrní.
Analýza alternativ a metodologická náročnost
Tým zkoumal alternativní vysvětlení dat. Instabilidades z Kelvin-Helmholtz může vytvářet spirálové struktury v tryskách. Choques bylo také uvažováno vnitřní nebo nerovnoměrné zatížení hmoty. Nenhuma z těchto hypotéz vysvětluje systematický posun mezi frekvencemi nebo opakovaný orbitální pohyb Jet 2. Posun jádra samoabsorpcí synchrotronu byl vyloučen, protože k němu dochází ve špatném směru.
Analýza používala nezávislé Gaussovské modelování pro každou z 83 epoch. Não Byly uloženy předchozí hypotézy. Metoda pravděpodobnostního profilování umožnila kvantifikovat nejistoty v parametrech. Srovnání s nezávislými daty z jiných programů, jako je MOJAVE na 15 gigahertz, interpretaci posílilo. Essa Křížové ověření zvýšilo spolehlivost výsledků.
Studie zdůrazňuje, že se jedná o první přímou obrazovou detekci systému se dvěma tryskami v jádru blazaru. Trabalhos Předchozí navrhovaly binární soubory na základě periodicity nebo nepřímých variací. Průlom je zde v současném pozorování dvou proudů koexistujících na stejných snímcích.
Historický kontext a budoucí perspektivy
Markarian 501 byl po desetiletí sledován na více vlnových délkách. Sua Vysokoenergetické vyzařování gama záření a klikatá rádiová struktura přitahovaly pozornost. 7,4letá periodicita křivky radiového světla je v souladu s odchylkami pozorovanými na jiných vlnových délkách. Isso dodává obrázku, který se objeví, soudržnost.
Fenomén zjasnění končetiny uváděný v předchozích pozorováních může být artefakt způsobený superpozicí Jet 2 a Jet 1 na snímcích nižší kvality. Quando Druhý proud nebyl rozpoznán, jeho struktury byly zaměněny s okraji hlavního proudu. Možnost Essa otevírá cestu pro opětovné načítání historických souborů VLBI na jiných aktivních jádrech.
Budoucí pozorování s hustší kadencí mohou zachytit rychlé průchody Jet 2 ve specifických konfiguracích. Black Hole Explorer, s plánovaným rozlišením asi 6 mikroarkosekund, bude mít Markarian 501 jako prioritní cíl. Mesmo Bez přímého řešení orbitální separace mohou vysoce věrné snímky odhalit podrobnosti o toku hmoty, který pohání každou černou díru.
V širším měřítku případ ukazuje, že aktivní galaktická jádra jsou složitá prostředí. Jednoduchý model jediné černé díry s párem výtrysků kolmých k akrečnímu disku je užitečný, ale nedostatečný při vysokém rozlišení. Fusões Galactica jsou ve vesmíru běžné. Proto musí supermasivní dvojhvězdy černé díry existovat ve velkém množství. Reanálises existujících sbírek dat interferometrie s dlouhou základní linií může odhalit další podobné případy.
Zjištění posiluje hodnotu dlouhodobých monitorovacích programů. Redes radioteleskopů, jako je Very Long Baseline Array, který funguje jako přístroj o velikosti kontinentu, je nezbytný pro tyto pokroky. Pečlivá analýza dat nashromážděných v průběhu let nám umožnila rozeznat dvě odlišná vlákna ve struktuře, která se zdála být jediným proudem.
Vesmír nadále odhaluje další vrstvy složitosti. Dois černých děr kolem sebe víří v srdci Markarian 501 po celá desetiletí. Cada Jeden vypustí vlastní proud plazmy urychlený na rychlost blížící se rychlosti světla. Přístroje a očekávání pozorovatelů dlouhou dobu ukazovaly pouze jeden proud. Agora, s daty ve vysokém rozlišení a pečlivou analýzou, věda tyto dva identifikuje. Esse Hledání není jen o konkrétním systému. Ele otevírá nové perspektivy pro pochopení toho, jak rostou nejhmotnější černé díry a jak se galaxie vyvíjejí v průběhu kosmického času.