Слияния сверхмассивных чёрных дыр — ключевой механизм роста галактических ядер
Недавние астрономические наблюдения зафиксировали резкое увеличение яркости активной галактики OJ 287, расположенной на расстоянии около 4 миллиардов световых лет от Земли. Вспышка произошла в ноябре 2021 года и была вызвана взаимодействием двух сверхмассивных чёрных дыр в центре этой галактики.
Квазары представляют собой чрезвычайно яркие ядра далёких галактик, активность которых обусловлена поглощением вещества сверхмассивной чёрной дырой. Когда материя падает на чёрную дыру, большая её часть выбрасывается в виде джета, движущегося с околосветовыми скоростями. Если наблюдать такой джет «в лоб», то квазар выглядит особенно ярким, и его называют блазаром.
Галактика OJ 287 является одним из ближайших примеров блазара. Наблюдения этого объекта ведутся с конца 1800-х годов и показывают, что каждые 12 лет OJ 287 становится значительно ярче. В 2014 году астроном Паули Пихайоки (Pauli Pihajoki) из Университета Турку в Финляндии предположил, что это периодическое усиление связано с наличием второй, менее массивной чёрной дыры, вращающейся вокруг основной.
Согласно модели Пихайоки, во время сближения с основной чёрной дырой меньшая чёрная дыра должна была «украсть» часть вещества из её аккреционного диска, что привело бы к кратковременному появлению собственной меньшей квазарной струи. Предсказанное учёным событие произошло в ноябре 2021 года.
Телескоп NASA TESS, изучавший в это время галактику OJ 287, зафиксировал резкое двукратное увеличение яркости объекта в течение примерно 12 часов. Этот всплеск соответствовал высвобождению энергии, эквивалентной 100 средним галактикам. Другие космические телескопы, включая Fermi и Swift, также подтвердили этот результат, обнаружив всплеск гамма-излучения.
«Теперь мы можем сказать, что впервые «увидели» вращающуюся чёрную дыру, вокруг другой чёрной дыры, точно так же, как мы можем сказать, что TESS наблюдал экзопланеты, вращающиеся вокруг других звёзд», — прокомментировал результаты исследования руководитель работы Маури Валтонен (Mauri Valtonen) из Университета Турку.
Дополнительные наблюдения, проведённые после ноябрьской вспышки, позволили учёным оценить массы двух чёрных дыр, взаимодействующих в центре галактики OJ 287.
Главная, более массивная чёрная дыра, являющаяся основным источником активности, имеет массу в 18,35 миллиардов солнечных масс. Для сравнения, чёрная дыра в центре нашей Галактики Стрелец A* имеет всего 4,1 миллиона солнечных масс. Вторая, менее массивная чёрная дыра, обладает массой 150 миллионов солнечных масс.
Короткая продолжительность вспышки, всего около 12 часов, объясняет, почему подобные события ранее не были обнаружены. Знание точных сроков и локализации таких всплесков активности имеет решающее значение для их регистрации. Вероятно, существует множество других двойных систем чёрных дыр, демонстрирующих подобные кратковременные вспышки, о которых учёные пока не знают.
Как отметил астрофизик Ачамвиду Гопакумар из Института фундаментальных исследований Тата в Индии, меньшая чёрная дыра в OJ 287 вскоре может «обнаружить своё существование» другим способом. Ожидается, что она будет излучать гравитационные волны в наногерцовом диапазоне, которые должны быть зарегистрированы в ближайшие годы с помощью развивающихся систем синхронизации пульсаров.
Обнаружение гравитационных волн от двойной системы чёрных дыр имеет большое значение, поскольку сливающиеся сверхмассивные чёрные дыры рассматриваются как важный механизм роста галактических ядер. Хотя текущие гравитационно-волновые детекторы не смогут зарегистрировать такие низкочастотные сигналы, будущая космическая обсерватория LISA сможет улавливать гравитационные волны от слияний сверхмассивных чёрных дыр — одних из самых грандиозных космических катастроф.
