Черные дыры в двойных системах давно считаются одними из главных источников гравитационных волн. Когда такие объекты сближаются и сливаются, то создают мощные гравитационные сигналы. Их фиксируют такие детекторы, как LIGO, Virgo и KAGRA. Предполагается, что подобные слияния происходят «тихо» — без ярких вспышек света. Короткие гамма-всплески, в отличие от них, чаще связывают со столкновениями нейтронных звезд, поскольку такие системы содержат вещество, способное образовывать горячие аккреционные диски и релятивистские джеты.
Однако есть и другие сценарии, при которых даже слияние двух черных дыр может порождать гамма-всплеск. Один из наиболее вероятных связан с активными ядрами галактик — областями вокруг сверхмассивных черных дыр (СМЧД), окруженных плотными газовыми дисками. В них компактные объекты могут формировать пары, взаимодействовать с газом и постепенно сближаться. Образовавшаяся после слияния черная дыра способна активно поглощать вещество и запускать мощные джеты. Последние могут порождать гамма-излучение.
Именно такой случай, вероятно, произошел во время события S241125n, зарегистрированного 25 ноября 2024 года. Анализ гравитационного сигнала показал, что источник с вероятностью более 99 процентов представлял собой слияние двух черных дыр, которое произошло, когда возраст Вселенной составлял примерно половину от нынешнего — 6,7 миллиарда лет.
Спустя приблизительно 11 секунд после регистрации гравиволн спутник Swift зафиксировал короткий всплеск гамма-излучения в той же области неба. Дополнительные наблюдения также указали на возможное рентгеновское послесвечение. Вероятность случайного совпадения этих сигналов, по оценкам, невелика: одно такое совпадение можно заметить примерно за 30 лет наблюдений. Результаты исследования астрономы опубликовали в The Astrophysical Journal.
Чтобы объяснить возможную связь между событиями, ученые разработали физическую модель. Согласно ей образовавшийся после слияния черных дыр объект начинает активно поглощать газ из окружающего активного ядра галактики. При этом потоки вещества формируют аккреционный диск и усиливают магнитные поля, что может привести к запуску джета. Когда такая струя пробивается через плотный газ диска, образуется ударная волна, а в момент ее выхода энергия высвобождается в виде короткого гамма-всплеска.
Расчеты показали, что характеристики наблюдаемой вспышки — ее длительность, спектр и энергия — могут соответствовать такому сценарию. К тому же окружающая газовая среда может поглощать свет в оптическом диапазоне, что объясняет, почему астрономам пока не удалось обнаружить яркое оптическое послесвечение.
Если связь между гравитационным сигналом и гамма-всплеском подтвердится, открытие станет одним из первых сигналов того, что слияния черных дыр могут порождать гамма-всплески. Такие события помогут лучше понять условия в активных ядрах галактик, а также расширить возможности наблюдений многоканальной астрономии — комплексного подхода, позволяющего получать максимально полную информацию о наиболее мощных и скрытых процессах во Вселенной.