Астрономам впервые удалось получить радиоизображение двух черных дыр, вращающихся друг вокруг друга.

Двойная черная дыра (binary black hole) в представлении художника.

Астрономам впервые удалось получить радиоизображение двух черных дыр, вращающихся друг вокруг друга. Это историческое достижение подтвердило существование пар черных дыр — до сих пор ученым удавалось фотографировать только одиночные объекты.

Международная команда исследователей запечатлела две черные дыры в центре квазара OJ287. Квазары представляют собой чрезвычайно яркие ядра галактик, свет которых возникает, когда сверхмассивная черная дыра в центре галактики поглощает окружающий космический газ и пыль.

Автор исследования Маури Валтонен из Университета Турку, Финляндия пояснил, что квазар OJ287 настолько яркий, что его могут обнаружить даже астрономы-любители с помощью частных телескопов. Особенность OJ287 в том, что, как считается, он содержит не одну, а две черные дыры, которые вращаются друг вокруг друга с периодом в 12 лет. Это создает легко узнаваемую картину изменения яркости с тем же периодом.

История наблюдений за OJ287 уходит корнями в XIX век, когда этот участок неба впервые был сфотографирован астрономами. Тогда о существовании черных дыр, не говоря уже о квазарах, никто и не подозревал. OJ287 «случайно» попал на снимки, пока астрономы изучали другие объекты.

Бинарная черная дыра

Две черные дыры вращаются вокруг друг друга в квазаре OJ287. Слева изображена теоретическая диаграмма, рассчитанная Ланкесваром Деем, которая показывает, где находились черные дыры и исходящие от них джеты в момент съемки. Справа показана часть изображения, полученного системой, включающей спутник RadioAstron (Дж. Л. Гомес и др., 2022), где два нижних ярких пятна — это радиоизлучение двух черных дыр, а самое верхнее пятно — джет меньшей черной дыры. На схеме слева это показано пунктирной линией, а черные дыры обозначены точками.

В 1982 году Аймо Силланпяя, в то время магистрант Университета Турку, заметил, что яркость объекта регулярно меняется с периодом в 12 лет. Он предположил, что изменение яркости вызвано двумя черными дырами, вращающимися друг вокруг друга. С тех пор сотни астрономов наблюдали за квазаром, чтобы проверить эту теорию.

Загадка OJ287 была окончательно решена четыре года назад Ланкешваром Деем из Мумбаи, работавшим в Университете Турку. Оставался только один вопрос: можно ли обнаружить и визуализировать обе черные дыры одновременно?

Ответ дал спутник NASA TESS, который зафиксировал свет от обеих черных дыр. Однако они все еще были видны как одна точка, поскольку в обычном свете невозможно получить изображения достаточно высокого разрешения — оно должно быть в 100 000 раз выше, а такую картинку можно получить только с помощью радиотелескопов.

Впервые нам удалось получить изображение двух черных дыр, вращающихся друг вокруг друга. На изображении черные дыры идентифицируются по интенсивным струям частиц, которые они испускают. Сами дыры совершенно черные, но их можно обнаружить по этим струям частиц или по светящемуся газу, окружающему дыру — Маури Валтонен астроном.

Астрономы также обнаружили совершенно новый тип струи, исходящей от черной дыры. Джет от меньшей черной дыры закручен, словно бьет из вращающегося садового шланга. Это происходит потому, что меньшая черная дыра быстро движется вокруг основной черной дыры OJ287, и ее струя отклоняется в зависимости от текущего движения.

Ученые сравнивают это с «виляющим хвостом», который в ближайшие годы должен изгибаться в разных направлениях по мере того, как меньшая черная дыра меняет скорость и направление движения.

Иллюстрация предполагаемой астрофизической системы OJ287.

Изображение было получено с помощью системы радиотелескопов, включавшей спутник «РадиоАстрон», который работал десять лет назад. Радиоантенна спутника находилась на полпути к Луне, что значительно улучшило разрешение изображения. Так ученые узнали ответ на вопрос, который мучил их 40 лет: существуют ли вообще парные черные дыры.