Астрономы впервые разглядели малый объект в паре черных дыр в центре далекой галактики

За лацертидой в центре галактики OJ 287 астрономы наблюдают с 1887 года. Причина проста: она находится вблизи плоскости эклиптики, то есть плоскости обращения Земли вокруг Солнца. Объект заметили во время поиска малых планет и других объектов в Солнечной системе. К тому же его легко видно даже в маленький телескоп.

Благодаря накопленным снимкам удалось выявить явный 12-летний цикл в яркости OJ 287. У нее также есть 55-летний цикл, но в контексте пары черных дыр интересен более короткий. Очевидно, он соответствует орбитальному периоду малой черной дыры. Когда она пролетает через аккреционный диск, из него вырывается разогретая материя, усиливая излучение всей системы. Пик яркости длится от нескольких дней до нескольких недель.

По предположениям ученых, малая дыра, взаимодействуя с веществом аккреционного диска, тоже испускает джет. Причем он должен быть заметен в изменении яркости объекта. Но если главная вспышка длится неделями, этот, по расчетам, длится меньше дня. Ни разу почти за полторы сотни лет наблюдений астрономы его не видели.

Первую попытку поймать этот вторичный джет ученые предприняли в 2013 году. Им не хватило частоты наблюдений. Следующий шанс появился в 2021-м.

Множество телескопов по всему миру наблюдали за OJ 287 почти непрерывно. В их числе был и космический телескоп TESS, специализирующийся на поиске экзопланет. Тогда еще ученые не знали точное расположение аккреционного диска в системе, поэтому вести наблюдения пришлось несколько месяцев.

TESS делал снимки каждые две минуты на протяжении 80 дней, с середины октября по конец декабря. Заветная вспышка произошла 12 ноября 2021 года. Она длилась всего 12 часов, и это уловили многие телескопы.

В новой работе, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal Letters, астрономы объединили данные наблюдений всех аппаратов. Ученые показали, что вспышка действительно пришла от малой черной дыры.

«Поэтому мы теперь можем сказать, что впервые „увидели” летающую по орбите черную дыру, так же, как говорим, что TESS видит планеты у других звезд. Как и с планетами, очень сложно напрямую получить снимок окрестностей малой черной дыры. Отчасти потому, что OJ 287 находится далеко от нас. Свет от нее шел примерно четыре миллиарда лет. Так что еще нескоро наши инструменты для наблюдений усовершенствуются достаточно, чтобы разглядеть даже большую черную дыру в этой паре», — объяснил руководитель нового исследования Маури Валтонен, профессор из Университета Турку (Финляндия).

Масса большой черной дыры — около 18,35 миллиарда солнечных масс. Масса малой черной дыры — примерно 150 миллионов солнечных масс. Она в 122 раза меньше своей «соседки». Тем не менее, выхватывая материю из аккреционного диска, объект испускает джет, яркость которого «перебивает» яркость «главного» джета. При этом OJ 287 из красной становится чуть более желтой.

«Все же малая черная дыра может вскоре проявить себя и другими способами. Ожидается, что она излучает наногерцевые гравитационные волны. С помощью усовершенствованных пульсарных сетей (Pulsar Timing Arrays) мы в ближайшие годы должны получить возможность поймать гравитационные волны OJ 287», — объяснил один из авторов новой работы Ачамвееду Гопакумар (Achamveedu Gopakumar) из Института фундаментальных исследований Тата (Индия).