Астрономы впервые подтвердили обнаружение двойной системы из сверхмассивных чёрных дыр
В недавнем исследовании астрономы обнаружили свидетельства того, что две сверхмассивные чёрные дыры кружат друг вокруг друга, благодаря сигналам, исходящим от струй, связанных с аккрецией вещества в обе чёрные дыры. Происходит всё это в галактике OJ 287, наиболее тщательно изученной именно с точки зрения наличия в ней двойной системы, в которой находится по меньшей мере одна чёрная дыра.
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 Силланпяя и его коллеги заметили, что в её излучении есть заметная закономерность, состоящая из двух циклов, один из которых длится около 12 лет, а другой — около 55 лет. Они предположили, что эти два цикла являются результатом орбитального движения двух чёрных дыр друг вокруг друга. Более короткий цикл — это орбитальный цикл, а более длинный — результат медленной эволюции ориентации орбиты.
Орбитальное движение проявляется в серии вспышек, которые возникают, когда вторичная чёрная дыра регулярно погружается в аккреционный диск первичной чёрной дыры со скоростью, всего лишь немногим меньшей скорости света. При таком погружении вторичной чёрной дыры материал диска нагревается, и горячий газ высвобождается в виде расширяющихся пузырей. Этим горячим пузырям требуются месяцы, чтобы остыть, пока они излучают свет и вызывают вспышку света — вспышку, которая длится примерно две недели и светит ярче триллиона звёзд.
После десятилетий попыток оценить время падения вторичной чёрной дыры через аккреционный диск астрономы из Университета Турку в Финляндии под руководством Маури Валтонена и его сотрудника Ахамведу Гопакумара из Института фундаментальных исследований Тата в Мумбаи, Индия, и другие смогли смоделировать орбиту и точно предсказать, когда произойдут эти вспышки.
Успешные наблюдательные кампании в 1983, 1994, 1995, 2005, 2007, 2015 и 2019 годах позволили команде наблюдать предсказанные вспышки и подтвердить наличие пары сверхмассивных чёрных дыр в OJ 287.
«Общее число предсказанных вспышек теперь составляет 26, и почти все они наблюдались. Масса большей чёрной дыры в этой паре более чем в 18 миллиардов раз превышает массу нашего Солнца, в то время как компаньон примерно в 100 раз легче, а их орбита вытянутая, а не круговая», — говорит профессор Ахамвиду Гопакумар.
Несмотря на все эти усилия, астрономам не удавалось наблюдать прямой сигнал от меньшей из двух этих чёрных дыр. До 2021 года о её существовании можно было догадаться только косвенно по вспышкам и по тому, как она заставляет колебаться струю большой чёрной дыры.
Наблюдения в 2021/2022 годах за OJ 287 с использованием большого количества телескопов различных типов позволили исследователям впервые получить свидетельства наличия второй чёрной дыры, проходящей через аккреционный диск, и сигналы, исходящие от неё.
