«Танцоры» встретились после слияния двух галактик и столкнутся, по космическим меркам, удивительно скоро.

Изучая пару сливающихся галактик, астрономы обнаружили в них две огромные чёрные дыры, одновременно растущие близ центра новой галактики. Последняя рождается из двух сталкивающихся. Открытие было сделано с помощью Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой решётки (ALMA).

Прожорливые гиганты интересны тем, что находятся максимально близко друг к другу. Такое тесное соседство учёные наблюдают сразу на нескольких длинах волн впервые.

Более того, новое исследование показывает, что двойные чёрные дыры и слияния галактик, которые их порождают, могут быть на удивление обычным делом во Вселенной.

Поясним, что в центре большинства галактик сидят огромные чёрные дыры (их ещё называют активные ядра). При столкновении галактик их космические хищницы сливаются друг с другом. Однако процесс этот небыстрый. Чтобы наблюдать его конечные фазы, нужно ждать очень-очень долго. Пройдёт не одна и даже не десяток человеческих жизней. Именно этим для астрономов и интересно нынешнее открытие.

К тому же нам несказанно повезло вдвойне: формирующаяся галактика UGC4211, где происходит «космическое танго», находится всего в 500 миллионах световых лет от Земли в созвездии Рака.

Такая близость к нашей планете делает UGC4211 идеальным кандидатом для изучения конечных стадий слияния галактик. Чаще эти процессы происходят в более далёкой и древней Вселенной. И это ещё одна причина, по которой их обычно трудно наблюдать.

В этот раз учёные применили высокочувствительные 1,3-миллиметровые приёмники ALMA, чтобы заглянуть глубоко в активные ядра сливающихся галактик — компактные, очень яркие области, «подсвеченные» поедаемой чёрными дырами материей.

​Сверхмассивная чёрная дыра терзает, кромсает и пожирает несчастную звезду более десяти лет читайте также

Вглядевшись в эти активные ядра, астрономы обнаружили не одну, а две чёрные дыры, жадно пожирающие побочные продукты слияния галактик. Ещё бы! Обычно в космосе не так много вещества, а тут тебе практически в рот летят целые мириады светил, миллиарды тонн пыли и газа.

Но учёных удивило не это, а близость двух чёрных дыр друг к другу. Они «обедали» бок о бок на расстоянии всего-то 750 световых лет. По меркам космоса это практически тереться боками. Ничего подобного астрономы ранее не наблюдали.

Командная работа

Обнаружив такое соседство, учёные объединили данные ALMA с наблюдениями других мощных телескопов, таких как «Чандра», «Хаббл», «Очень Большой Телескоп» Европейской южной обсерватории и инструментами Обсерватории Кека.

Все они изучают космос в разных диапазонах. Анализ на разных длинах волн добавил мелких деталей к и без того захватывающей картине.

«Каждая длина волны рассказывает свою часть истории. В то время как наземные оптические изображения показали нам сливающуюся галактику целиком, „Хаббл“ показал нам ядерные области с высоким разрешением.

Рентгеновские наблюдения же показали, что в системе есть как минимум одно активное галактическое ядро», ‒ пояснил соавтор работы Эзекиль Трейстер из Католического университета в Чили.

Потом выяснилось, что ядра всё-таки два.

«И ALMA показала нам точное местоположение этих двух растущих голодных сверхмассивных чёрных дыр, ‒ добавляет Трейстер. ‒ Все эти данные вместе дали нам более чёткое представление о том, как галактики, подобные нашей, стали такими, какие они есть, и какими они станут в будущем».

​Обнаружена древняя чёрная дыра с хвостом размером с галактику читайте также

Что интересно, астрономы нашли «сладкую парочку» очень быстро, стоило им приступить к поискам. А это означает, что близко расположенные сверхмассивные чёрные дыры могут встречаться чаще, чем думали учёные.

Подробнее о правилах танца

Как мы уже знаем, сверхмассивные чёрные дыры живут в сердце большинства галактик, включая нашу. Они становятся такими гигантскими, постоянно поглощая окружающий их газ, пыль, звёзды и даже другие чёрные дыры.

​Звезда, разорванная чёрной дырой, сработала как чудовищный ускоритель читайте также

Две сверхмассивные чёрные дыры, обнаруженные в этом исследовании, оказались настоящими тяжеловесами: их массы в 200 и 125 миллионов раз превышают массу Солнца.

Чёрные дыры встретились, когда их галактики-хозяйки столкнулись друг с другом. В конце концов сверхмассивные танцоры начнут обращаться друг вокруг друга, а их орбиты — сужаться.

Кульминацией этого танца станут гравитационные волны. Они будут исходить от чёрных дыр перед тем, как те врежутся друг в друга, образуя одну гигантскую чёрную дыру.

Хоть эта пара очень близка с космологической точки зрения, их столкновение случится лишь через несколько сотен миллионов лет.

Какое танго без музыки

Это открытие позволит астрономам точнее оценить, сколько сверхмассивных чёрных дыр во Вселенной также приближается к столкновению.

А улучшенный подсчёт поможет учёным услышать всеобщий хор интенсивной ряби в пространстве-времени, известный как гравитационные волны. Самые большие из них исходят от сверхмассивных чёрных дыр, близких к столкновению после слияния хозяйских галактик.

Обнаружение этого фона гравитационных волн, в свою очередь, улучшит оценки того, сколько галактик столкнулось и слилось в истории Вселенной.

​Большая чёрная дыра внезапно оказалась целым букетом маленьких читайте также

До сих пор исследователи в основном изучали только самые ранние стадии слияния галактик. Новая работа поможет уточнить представление о предстоящем слиянии Млечного Пути с соседней галактикой Андромеды.

Авторы работы пишут, что столкновение Млечного Пути и Андромеды находится на очень ранней стадии и, по прогнозам, произойдёт примерно через 4,5 миллиарда лет.

Исследование было опубликовано в издании The Astrophysical Journal Letters.

Напомним, ранее мы писали о чёрных дырах-рекордменах по близости друг к другу: эту парочку разделяет расстояние более 1 600 световых лет. Но при этом они расположены гораздо ближе к Земле, чем новая астрономическая находка.

Также в 2022 году исследователи нашли первую тесную двойную сверхмассивную чёрную дыру. Она находится в центре галактики, удалённой от Земли на 5 миллиардов лет.