Астрономы идентифицируют две сверхмассивные черные дыры, которые могут столкнуться примерно через 100 лет. Пара находится в галактике Маркарян 501, примерно в 500 миллионах световых лет от Земли. По оценкам, каждая из них имеет массу от 100 миллионов до 1 миллиарда раз больше, чем у Солнца. Они вращаются вокруг друг друга с периодом 121 день. Текущее расстояние варьируется от 250 до 540 раз больше расстояния от Земли до Солнца.
Открытие было сделано на основе данных, собранных за более чем два десятилетия с помощью Very Long Baseline Array, сети из десяти радиотелескопов в Соединенных Штатах. Ученые наблюдали изменения в струях материи, выбрасываемых из ядра галактики. Вторая струя выглядела изогнутой вокруг центра, указывая на действие двух различных объектов. Исследование было опубликовано в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.
Джеты выявили наличие двух объектов в ядре галактики
Внимание исследователей привлекли аномалии в струях частиц, ускоренных почти до скорости света. Уже было известно, что блазар Маркарян 501 излучает интенсивное излучение. На новых изображениях видны главная и вторичная струи, выходящие из противоположных направлений. Это предполагает, что каждая струя выходит из отдельной черной дыры.
Международная группа под руководством экспертов из Института радиоастрономии Макса Планка в Германии проанализировала повторные измерения. Струи меняли направление в соответствии с взаимной орбитой двух тел. Такая конфигурация редко встречается в астрономических наблюдениях.
- В ядре обнаружены две струи материи
- Орбитальный период измеряется 121 днем.
- Расстояние между 250 и 540 астрономическими единицами.
- Индивидуальная масса от 100 миллионов до 1 миллиарда солнечных масс.
- Расстояние от галактики до Земли — 500 миллионов световых лет.
Синтез происходит за счет непрерывного излучения гравитационных волн.
Черные дыры постепенно теряют орбитальную энергию. Основная причина — излучение гравитационных волн, ряби в пространстве-времени, предсказанное Альбертом Эйнштейном. Со временем орбиты сужаются. Модели показывают, что окончательное столкновение может произойти менее чем через 100 лет.
Этот срок краток по космическим масштабам. Подобные слияния часто следуют за столкновениями более крупных галактик. Центральные черные дыры каждой галактики в конечном итоге становятся ближе. Действующая система предлагает уникальную возможность наблюдать за продвинутой стадией процесса.
Два объекта со временем растут, захватывая газ, звезды и другие черные дыры. Почти все крупные галактики имеют в центре сверхмассивную черную дыру. Случаи таких близких пар пока редки в наблюдениях.
Обнаружение на Земле зависит от мониторинга пульсаров
Столкновение выпустит низкочастотные гравитационные волны. Они пересекают Вселенную и могут немного изменить время прибытия сигналов пульсаров. Международные сети под названием Pulsar Timing Arrays используют эти нейтронные звезды в качестве космических часов.
Такие проекты, как Европейская система синхронизации пульсаров, уже ищут этот тип сигнала. В случае обнаружения волны могут постепенно увеличиваться по частоте по мере приближения черных дыр. Это позволило бы нам следить за ходом слияния в реальном времени, в астрономических масштабах.
Современные инструменты, такие как LIGO, улавливают волны из меньших черных дыр. Для сверхмассивных событий больше подходит метод пульсаров. Галактика Маркарян 501 кажется сильным кандидатом на то, чтобы связать определенный сигнал с известной парой.
Исследование открывает окно в эволюцию галактик
Наблюдения помогают понять, как растут и взаимодействуют сверхмассивные черные дыры. Термоядерные реакции способствуют увеличению массы этих объектов. Они также влияют на формирование и развитие галактик с течением времени.
Важное значение имели данные массива с очень длинной базой, накопленные за десятилетия. Анализ объединил радиоизмерения разных эпох. В продвинутой статье в научном журнале приводятся подробности орбитального моделирования.
Исследователи подчеркивают, что система позволяет проверять идеи о потерях энергии на очень малых расстояниях. Это относится к так называемой проблеме финального парсека в некоторых теоретических моделях. Возможность обнаружения усиливает важность постоянного мониторинга.
Событие не представляет опасности для Земли. Расстояние огромное. Любой эффект будет ограничен тонким измерением гравитационных волн специализированными приборами.
Астрономы планируют новые наблюдения для уточнения параметров орбиты. Дополнительные данные могут скорректировать оценку времени до слияния. Кейс служит естественной лабораторией для изучения экстремальной физики в условиях, которые невозможно воспроизвести в лаборатории.
Контекст других гравитационно-волновых событий
Предыдущие открытия в основном касались черных дыр звездной массы. Сверхмассивные слияния производят сигналы на разных частотах. Сеть пульсаров дополняет земные интерферометры.
Текущее исследование не вызывает тревогу. Он документирует систему на продвинутой спиральной стадии. Научное сообщество видит ценность в отслеживании орбитального прогресса. Новые измерения с помощью радиотелескопов могут подтвердить или скорректировать прогнозы.