Астрономы впервые нашли свидетельства вторичной сверхмассивной черной дыры в двойной системе

Сверхмассивные черные дыры, масса которых в несколько миллиардов раз превышает массу Солнца, находятся в центрах активных галактик.

Астрономы наблюдают их как яркие галактические ядра (квазары или блазары), где сверхмассивная черная дыра галактики поглощает материю из сильного водоворота, называемого аккреционным диском. Часть материи выдавливается в мощную струю (джет). Этот процесс заставляет галактическое ядро ​​ярко светиться во всем электромагнитном спектре.

В недавнем исследовании астрономы обнаружили свидетельства того, что две сверхмассивные черные дыры вращаются друг вокруг друга, благодаря сигналам, исходящим от джетов, связанных с аккрецией вещества в обе черные дыры.

Активная галактика, или квазар, как ее технически называют, имеет обозначение как OJ287, и она наиболее тщательно изучена и лучше всего понимается как двойная система черных дыр.

Две черные дыры расположены так близко друг к другу, что сливаются в одну точку при наблюдении. Тот факт, что точка на самом деле состоит из двух черных дыр, становится очевидным, если обнаружить, что она излучает два разных типа сигналов.

Активная галактика OJ 287 лежит в направлении созвездия Рака на расстоянии около 5 миллиардов световых лет и наблюдается астрономами с 1888 года.

Уже более 40 лет назад астроном из Университета Турку Аймо Силланпаа и его сотрудники заметили, что в ее эмиссии есть заметная закономерность, которая имеет два цикла, один из которых составляет около 12 лет, а другой — около 55 лет.

Они предположили, что два цикла являются результатом орбитального движения двух черных дыр друг вокруг друга. Более короткий цикл является орбитальным циклом, а более длинный является результатом медленной эволюции ориентации орбиты.

Орбитальное движение проявляется серией вспышек, возникающих, когда вторичная черная дыра регулярно проходит через аккреционный диск первичной черной дыры.

Такое погружение вторичной черной дыры нагревает материал диска, и горячий газ высвобождается в виде расширяющихся пузырьков. Этим горячим пузырям требуются месяцы, чтобы остыть, пока они излучают и вызывают вспышку света — вспышку — которая длится примерно две недели и ярче триллиона звезд.

После десятилетий усилий по оценке времени погружения вторичной черной дыры через аккреционный диск астрономы из Университета Турку в Финляндии смогли смоделировать орбиту и точно предсказать, когда эти вспышки произойдут.

Успешные наблюдательные кампании в 1983, 1994, 1995, 2005, 2007, 2015 и 2019 годах позволили команде наблюдать предсказанные вспышки и подтвердить наличие пары сверхмассивных черных дыр в OJ 287.

«Общее количество предсказанных вспышек сейчас составляет 26, и почти все они наблюдались. Большая черная дыра в этой паре весит более чем в 18 миллиардов раз больше массы нашего Солнца, в то время как компаньон примерно в 100 раз легче, а их орбита продолговатые, а не круглые», — говорят ученые.

Несмотря на эти усилия, астрономы не смогли наблюдать прямой сигнал от меньшей черной дыры. До 2021 года о ее существовании можно было судить только косвенно по вспышкам и по тому, как она заставляет колебаться джет более крупной черной дыры.

Наблюдательные кампании OJ 287 в 2021/2022 гг. с использованием большого количества телескопов различных типов позволили исследователям впервые получить наблюдения вторичной черной дыры, погружающейся через аккреционный диск, и сигналов, исходящих от меньшей черной дыры.