Para astronom telah mengidentifikasi bukti langsung adanya dua lubang hitam supermasif yang mengorbit satu sama lain di inti galaksi Markarian 501. Galaksi ini berjarak sekitar 480 juta tahun cahaya dari Terra. Penemuan ini berasal dari analisis rinci data radio yang dikumpulkan selama lebih dari satu dekade. Tanda utamanya adalah adanya pancaran partikel relativistik kedua di samping pancaran yang sudah diketahui. Tim internasional mempublikasikan hasilnya dalam penelitian yang diterima di jurnal Monthly Notices dari Royal Astronomical Society.
Pekerjaan tersebut dipimpin oleh peneliti dari Instituto Max Planck, Radioastronomia, Alemanha. Eles memproses ulang 83 set pengamatan yang dilakukan dengan Very Long Baseline Array antara September 2011 dan Juli 2023. Pengamatan terjadi pada frekuensi 43 gigahertz. Frekuensi Essa memungkinkan kita menyelesaikan struktur yang sangat dekat dengan inti galaksi. Perbandingan dengan data dari frekuensi yang lebih rendah, seperti 15 gigahertz dan 8 gigahertz, memperkuat temuan ini.
Detail observasi radio
Data menunjukkan dua jet berbeda muncul dari inti yang sama. Main jet bernama Jet 1 menunjuk ke arah Terra dan sudah diketahui. Jet kedua, yang disebut Jet 2, muncul di sisi berlawanan pada beberapa gambar dan kemudian melengkung berlawanan arah jarum jam di sekitar inti. Konfigurasi Essa diamati berulang kali selama dua belas tahun pemantauan. Komponen Jet 2 berubah posisi dalam skala minggu dan bulan.
Pada pengamatan tanggal 24 Juni 2022, struktur dari Jet 2 membentuk busur parsial di sekitar inti utama. Para peneliti menafsirkan busur ini sebagai cincin parsial Einstein. Ele akan disebabkan oleh pelensaan gravitasi lubang hitam primer yang bekerja pada emisi jet dari lubang hitam sekunder. Resolusi sudut gambar mencapai sepersepuluh milidetik. Essa Ketelitian sangat penting untuk memisahkan struktur.
Perkiraan periode orbit gerak Jet 2 mengelilingi inti adalah sekitar 141 hari dalam kerangka acuan galaksi. Kurva cahaya inti mempunyai periodisitas mendekati kira-kira 121 hari. Há juga periodisitas jangka panjang 7,4 tahun, terkait dengan presesi bidang orbit sistem. Pergeseran sistematis antara frekuensi yang berbeda menunjukkan adanya dua benda masif yang berbeda.
- Jet 2 muncul di sisi counterjet dan melengkung berlawanan arah jarum jam sebelum sejajar dengan Jet 1.
- Pada pengamatan selanjutnya, Jet 2 berbelok ke selatan dan menyatu dengan struktur main jet.
- Sistem lengkapnya menunjukkan pergeseran bertahap searah jarum jam selama bertahun-tahun.
- Terjadi kemunduran sementara antara tahun 2016 dan 2017, yang disebut back flip.
- Presesi menjelaskan goyangan bidang orbit seperti gasing yang bergetar saat berputar.
- Alternatif seperti ketidakstabilan Kelvin-Helmholtz tidak mereproduksi pergeseran asimetris antar frekuensi.
- Model biner muncul sebagai penjelasan paling konsisten untuk kumpulan data.
Fitur Galaksi Markarian 501
Markarian 501 adalah blazar, subtipe inti galaksi aktif. Jenis objek Nesse, salah satu jet menunjuk hampir tepat di Terra. Keselarasan Esse memperkuat emisi yang diamati dengan efek relativistik Doppler. Galaksi memancarkan energi radio, sinar-X, dan sinar gamma yang kuat dalam kisaran TeV. Sua Kedekatan relatif memfasilitasi pengamatan resolusi tinggi pada skala parsec.
Sejak tahun 1980an, para astronom telah memperhatikan ketidakselarasan dalam struktur radio galaksi. Perubahan terjadi antara skala kecil, dekat inti, dan skala lebih besar, kiloparsec. Modelos Yang sebelumnya mengusulkan jet heliks yang dibatasi dalam kerucut sempit atau presesi sederhana. Nenhuma Penjelasan sebelumnya sepenuhnya menjelaskan perubahan mendadak yang diamati. Deteksi langsung dua jet memecahkan sebagian dari teka-teki yang telah terakumulasi selama beberapa dekade.
Lubang hitam primer diperkirakan memiliki massa ratusan juta kali massa Sol. Lubang hitam sekunder menghasilkan Jet 2 dan mengorbit lubang hitam pertama pada jarak yang bervariasi antara 251 dan 542 unit astronomi, bergantung pada asumsi massa total. Pemisahan Essa setara dengan puluhan jari-jari Schwarzschild. Seluruh wilayah sistem biner masuk ke dalam ruang yang lebih kecil dari diameter orbit Plutão di sekitar Sol.
Implikasinya terhadap evolusi lubang hitam supermasif
Lubang hitam supermasif tumbuh terutama melalui penggabungan selama tabrakan galaksi. Modelos Para ahli teori memperkirakan bahwa, setelah penggabungan galaksi, pusat lubang hitam membentuk pasangan yang terikat secara gravitasi. Eles mulai mengorbit satu sama lain. Deteksi di Markarian 501 menawarkan kasus pengamatan langsung pada fase peralihan ini. Até Sekarang, bukti serupa terutama bergantung pada kesimpulan tidak langsung atau pemodelan kinematik.
Sistem tersebut dapat memancarkan gelombang gravitasi dengan frekuensi sekitar 8 kali 10 hingga minus 8 hertz. Frekuensi Essa termasuk dalam jendela deteksi yang diharapkan untuk susunan waktu pulsar. Square Kilometre Array, sedang dibangun, dapat berkontribusi pada pencarian di masa depan dalam rezim frekuensi rendah ini. Lebih padat Observações dengan Very Long Baseline Array atau masa depan Black Hole Explorer dapat lebih menyempurnakan geometri orbital.
Para peneliti menghitung waktu penggabungan biner. Jika massanya sebanding, sistem ini masih memiliki waktu miliaran tahun lagi. Jika rasio massanya sangat kecil, misalnya 0,001, waktu yang diperlukan akan turun hingga ratusan tahun. Model yang paling masuk akal menunjuk pada massa yang serupa, yang mengindikasikan biner yang bertahan lama, masih jauh dari penggabungan akhir. Laporan Algumas menyebutkan kemungkinan penggabungan dalam waktu sekitar 100 tahun, namun penulis penelitian tetap berhati-hati dengan perkiraan ini.
Analisis alternatif dan ketelitian metodologis
Tim memeriksa penjelasan alternatif untuk data tersebut. Instabilidades dari Kelvin-Helmholtz dapat menghasilkan struktur heliks dalam jet. Choques pembebanan massal internal atau tidak seragam juga dipertimbangkan. Nenhuma dari hipotesis ini menjelaskan pergeseran sistematis antara frekuensi atau gerakan orbital berulang dari Jet 2. Pergeseran inti oleh penyerapan diri sinkrotron telah dikesampingkan karena terjadi pada arah yang salah.
Analisisnya menggunakan pemodelan Gaussian independen untuk masing-masing 83 epoch. Não Hipotesis sebelumnya diberlakukan. Metode pembuatan profil kemungkinan memungkinkan untuk mengukur ketidakpastian dalam parameter. Perbandingan dengan data independen dari program lain, seperti MOJAVE pada 15 gigahertz, memperkuat interpretasi tersebut. Essa Validasi silang meningkatkan keyakinan terhadap hasil.
Studi ini menyoroti bahwa ini adalah deteksi pencitraan langsung pertama dari sistem jet ganda di inti blazar. Trabalhos Yang sebelumnya mengusulkan biner berdasarkan periodisitas atau variasi tidak langsung. Terobosan di sini adalah pengamatan simultan terhadap dua jet yang hidup berdampingan dalam gambar yang sama.
Konteks sejarah dan perspektif masa depan
Markarian 501 telah dipantau pada berbagai panjang gelombang selama beberapa dekade. Sua Emisi sinar gamma berenergi tinggi dan struktur radio yang berliku-liku menarik perhatian. Periodisitas 7,4 tahun pada kurva cahaya radio konsisten dengan variasi yang diamati pada panjang gelombang lainnya. Isso menambah koherensi pada gambaran yang muncul.
Fenomena kecerahan ekstremitas yang dilaporkan dalam pengamatan sebelumnya mungkin merupakan artefak yang disebabkan oleh superposisi Jet 2 dan Jet 1 pada gambar berkualitas lebih rendah. Quando Jet kedua tidak dikenali, strukturnya tertukar dengan tepi jet utama. Kemungkinan Essa membuka jalan untuk membaca ulang file VLBI historis pada inti aktif lainnya.
Pengamatan di masa depan dengan irama yang lebih padat dapat menangkap lintasan cepat Jet 2 dalam konfigurasi tertentu. Black Hole Explorer, dengan resolusi yang direncanakan sekitar 6 mikroarcodetik, akan memiliki Markarian 501 sebagai target prioritas. Mesmo Tanpa menyelesaikan pemisahan orbit secara langsung, gambar dengan ketelitian tinggi dapat mengungkap detail aliran materi yang menggerakkan setiap lubang hitam.
Dalam skala yang lebih luas, kasus ini menunjukkan bahwa inti galaksi aktif merupakan lingkungan yang kompleks. Model sederhana lubang hitam tunggal dengan sepasang pancaran yang tegak lurus terhadap piringan akresi berguna tetapi tidak cukup pada resolusi tinggi. Fusões Galactica umum ditemukan di alam semesta. Oleh karena itu, biner lubang hitam supermasif pasti ada dalam jumlah besar. Reanálises dari kumpulan data interferometri garis dasar panjang yang ada dapat mengungkap kasus serupa lainnya.
Temuan ini memperkuat nilai program pemantauan jangka panjang. Redes teleskop radio seperti Very Long Baseline Array, yang berfungsi sebagai instrumen seukuran benua, sangat penting untuk kemajuan ini. Analisis cermat terhadap data yang dikumpulkan selama bertahun-tahun memungkinkan kami membedakan dua benang berbeda dalam struktur yang tampak seperti satu jet.
Alam semesta terus mengungkap lapisan kompleksitas tambahan. Dois lubang hitam telah berputar-putar satu sama lain di jantung Markarian 501 selama beberapa dekade. Cada Seseorang meluncurkan pancaran plasmanya sendiri yang dipercepat hingga mendekati kecepatan cahaya. Untuk waktu yang lama, ekspektasi instrumen dan pengamat hanya menunjukkan satu jet. Agora, dengan data resolusi tinggi dan analisis yang cermat, sains mengidentifikasi keduanya. Esse Penemuan bukan hanya tentang sistem tertentu. Ele membuka perspektif baru untuk memahami bagaimana lubang hitam paling masif tumbuh dan bagaimana galaksi berevolusi seiring waktu kosmik.