• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
25.02.2022
Даниил Сухинов
2 723

Студент помог обнаружить новую пару сверхмассивных черных дыр в центре далекой галактики-блазара

5.2

В миллиардах световых лет от нас астрономы обнаружили галактику, в центре которой две сверхмассивные черные дыры массой в сотни миллионов масс Солнца кружатся друг вокруг друга на расстоянии, всего в 50 раз превышающем расстояние между Солнцем и Плутоном. В истории астрономии это лишь вторая подобная находка. Слияние пары черных дыр колоссальных масштабов ожидается всего через 10 тысяч лет.

Кандидат в парную систему сверхмассивных черных дыр в сердце галактики PKS 2131-021 в представлении художника.
Кандидат в парную систему сверхмассивных черных дыр в сердце галактики PKS 2131-021 в представлении художника. / ©Caltech/R. Hurt (IPAC) / Автор: Владимир Богданов

Группа астрономов во главе с сотрудниками Калифорнийского технологического института обнаружила доказательства того, что в центре далекой галактики PKS 2131-021 друг вокруг друга вращаются две сверхмассивные черные дыры. О своем открытии ученые сообщают в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Галактика PKS 2131-021, находящаяся в девяти миллиардах световых лет от нас, классифицируется как блазар — галактика с активным ядром. Значит, одна из черных дыр в ее центре поглощает пыль и газ из аккреционного диска, создавая струю высокоэнергетических частиц (джет), летящих в сторону Земли со скоростью, близкой к световой.

Обнаруженная система двух сверхмассивных черных дыр в активном центре галактики всего вторая в своем роде. Предыдущего кандидата — в центре галактики OJ 287 нашли совсем недавно: статья с результатами исследования вышла в начале этого года. Причем в первой паре черные дыры находятся дальше друг от друга, совершая оборот вокруг общего центра масс каждые девять лет, в сравнении с двумя годами для нового кандидата в парную систему.

Интересно, что финальные доказательства наличия в галактике PKS 2131-021 сразу двух сверхмассивных черных дыр были получены из архивных данных за 45 лет наблюдений. Согласно исследованию, мощный джет, исходящий от одной из двух черных дыр, постоянно смещается из-за орбитального движения пары. Это вызывает периодические изменения яркости блазара в радиодиапазоне, наблюдаемые с 1975 года.

Комбинация данных наблюдения за PKS 2131-021 с пяти обсерваторий дает почти идеальную синусоидальную кривую блеска (сигнала), в отличие от всех наблюдений активных ядер галактик, проведенных ранее. Согласно этим данным, слияние черных дыр произойдет примерно через 10 тысяч лет.

Кривая блеска галактики PKS 2131−021 в диапазоне 14,5–15,5 гигагерц. Данные Haystack показаны зелеными квадратами, данные UMRAO – коричневыми треугольниками, а данные OVRO – синими кружками. Кривая блеска показывает три отдельные эпохи активности: в эпоху 1 (MJD < 45 500) присутствует сильный периодический сигнал, с периодом 1729,1 ± 32,4 дня; в эпоху 2 (45 500 < MJD < 52 850) этот периодический сигнал отсутствует; в эпоху 3 (MJD > 52 850) возвращается периодический сигнал эпохи 1 с периодом 1760,4 ± 5,3 дня, совпадающий по фазе, но с меньшей амплитудой, чем в первую эпоху. / ©O’Neill S., et al., The Astrophysical Journal Letters, 2022

«Когда мы поняли, что пики и впадины кривой блеска, обнаруженные в последнее время, совпадают с пиками и впадинами, наблюдаемыми между 1975 и 1983 годами, мы поняли, что происходит нечто особенное», — комментирует работу Сандра О’Нилл (Sandra O’Neill), ведущий автор нового исследования и студент бакалавриата Калифорнийского технологического института. Ее научный руководитель — Тони Ридхед (Tony Readhead), почетный профессор астрономии того же института.

По словам профессора Ридхеда, события, сопровождающие открытие, разворачивались как «хороший детективный роман», начиная с 2008 года. Тогда он и его коллеги начали использовать 40-метровый телескоп радиообсерватории Owens Valley (OVRO) для изучения того, как черные дыры преобразуют материал, которым они «питаются», в релятивистские джеты, разгоняющие материю вплоть до скоростей в 99,98% от скорости света. С этой целью они отслеживали яркость более 1000 блазаров, пока в 2020 году не заметили уникальный случай.

«Сигнал от PKS 2131 менялся не просто периодически, но синусоидально, — поясняет Ридхед. — Это означает, что существует закономерность, которую мы можем непрерывно отслеживать с течением времени. Вопрос заключается в том, как долго продолжается этот синусоидальный сигнал?»

Схема простой модели двойных сверхмассивных черных дыр, производящая синусоидальный радиосигнал. В предлагаемой модели черная дыра большей массы (M1) и черная дыра меньшей массы (М2) вращаются вокруг центра масс с периодом в системе покоя двойной системы P. Для определенности предполагается, что джет зарождается в M1, хотя для модели это не обязательно. Угол между осью джета и направлением на Землю равен θ. / ©O’Neill S., et al., The Astrophysical Journal Letters, 2022

Затем исследовательская группа просмотрела архивные радиоданные, чтобы найти прошлые пики на кривых блеска, которые соответствовали бы прогнозам, основанным на более поздних наблюдениях OVRO. Во-первых, данные Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) и Радиоастрономической обсерватории Мичиганского университета (UMRAO) выявили пик 2005 года, который соответствовал прогнозам. Данные UMRAO также показали, что синусоидальный сигнал вообще отсутствовал в течение предыдущих 24 лет — вплоть до 1981 года, когда наблюдался другой предсказанный пик.

«На этом история бы закончилась, поскольку мы не знали, что данные об этом объекте существовали до 1980 года, — добавляет Ридхед. — Но затем Сандра взялась за этот проект в июне 2021 года. Если бы не она, эта прекрасная находка осталась бы лежать на полке».

Когда проект вернулся к рассмотрению, Ридхед вместе со студенткой О’Нилл просмотрели литературу и обнаружили, что обсерватория Haystack Массачусетского технологического института вела радионаблюдения за PKS 2131-021 с 1975 по 1983 год. Эти данные выявили еще один пик, соответствующий их предсказаниям, на этот раз в 1976 году.

Ридхед сравнивает наблюдаемые колебания радиосигнала джета с тикающими часами, когда каждый цикл или период синусоидальной волны соответствует двухлетней орбите черных дыр (хотя за счет расширения Вселенной наблюдаемый цикл на самом деле составляет пять лет). Это тиканье было впервые замечено в 1976 году и продолжалось в течение восьми лет, прежде чем пропасть более чем на 20 лет, вероятно, из-за изменений в аккреционном диске вокруг черных дыр.

«Но часы продолжили тикать, — говорит Ридхард. — Стабильность периода сигнала в течение последних 17 лет убедительно свидетельствует о том, что этот блазар содержит не одну сверхмассивную черную дыру, а пару, вращающуюся друг вокруг друга».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 11:50
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

Вчера, 13:09
Ольга Иванова

Обычно жизнь неандертальцев изображают как крайне тяжелую с высоким уровнем стресса, в том числе детского. Международная группа ученых пришла к выводу, что их дети, как и отпрыски наших непосредственных предков, имели одинаковый уровень стресса, но на разных стадиях развития. Это может говорить о разных подходах к уходу за детьми, что, возможно, имело долгосрочные последствия — частично такое обстоятельство вызвало вымирание неандертальцев.

Вчера, 15:20
Nadya

В конце 2022 года ученые забили тревогу из-за неизвестной эпидемии, от которой гибнут морские ежи в заливе Акаба около израильского города Эйлат. Долгое время биологи не могли понять причину их вымирания. К счастью, исследователи Тель-Авивского университета выяснили, что смертельно повлияло на морских животных.

20 мая
Полина Меньшова

Британский учитель географии Грэм Сеньор работал в саду и случайно обнаружил в земле небольшой прямоугольный камень. Оказалось, что на артефакте высечен текст, написанный с помощью древнего кельтского алфавита огам.

21 мая
Андрей

Группа энтомологов решила уточнить, откуда происходят предки современных рыжих тараканов и каким образом те захватили человеческие жилища почти на всех континентах. Для этого ученые секвенировали ДНК примерно 300 насекомых и смоделировали наиболее вероятные сценарии расселения на основе генетической информации.

22 мая
Полина Меньшова

Ледник Туэйтса в Западной Антарктиде, который также называют «ледником Судного дня», может растаять раньше, чем считали ученые. Теплые океанские воды воздействуют на него сильнее, чем предполагалось, показали новые спутниковые данные.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

3 мая
Василий Парфенов

Ледяной покров Антарктики претерпевает значительные изменения на протяжении года, и его поведение хорошо изучено в общем. Но некоторые локальные аномалии объяснить не получается вот уже несколько десятилетий. Одна из них — полынья возвышения Мод, или полынья моря Уэдделла, которая появляется нерегулярно на одном и том же месте. Международная команда океанологов, наконец, смогла разгадать механизмы ее образования.

27 апреля
Редакция Naked Science

Первый эпизод рассказывает об исследователе, который посещает различные планеты в поисках инопланетной жизни. Видео переведено на русский специально для Naked Science.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: