«Радиоастрон» помог обнаружить двойную систему сверхмассивных черных дыр

Статья об открытии опубликована в The Astrophysical Journal. Галактика OJ287 находится на расстоянии пяти миллиардов световых лет от Земли. Она принадлежит к особой категории галактик, называемых блазарами. Главная характеристика блазара – наличие сверхмассивной черной дыры центре, аккрецирующей вещество, газ и пыль. Когда вещество падает на черную дыру, оно сталкивается с другим веществом и нагревается, в результате этого процесса вокруг дыры образуется светящийся аккреционный диск.

Кроме того, пара осесимметричных плазменных струй, называемых джетами, выбрасывается из центральной области блазара, и одна из них направлена в сторону Земли. Точный механизм формирования этих струй до сих пор неизвестен. OJ 287 замечательна еще по одной причине. В ее центре находится не одна, а две сверхмассивные черные дыры, причем вторая (менее массивная) вращается вокруг первой, дважды пронзая ее аккреционный диск каждые 12 лет. Эта система на сегодняшний день – единственный известный представитель тесной двойной сверхмассивной черной дыры.

Один из главных вопросов, связанных с двойными системами и интересующих ученых: как пара таких черных дыр сливается в конечном итоге, — так называемая проблема финального парсека. Теория предполагает, что все двойные черные дыры будут оставаться на расстоянии около одного парсека бесконечно долго из-за замедления времени вблизи релятивистского объекта. Излучаемые такой системой гравитационные волны могут подтвердить или опровергнуть эту теорию.

Две черные дыры в OJ287 находятся настолько близко друг к другу, что должны излучать гравитационные волны, а это, в свою очередь, приводит к сжатию их орбит. «Это гравитационное излучение, как мы ожидаем, вскоре может быть обнаружено с помощью интерферометров космических гравитационных волн, таких как космическая система LISA, что окончательно подтвердит существование двойной системы в OJ 287», — говорит участник исследования, член-корреспондент РАН Юрий Ковалев, руководитель лабораторий в МФТИ и ФИАН.

Открытие было сделано благодаря методу наблюдений, известному как радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами (РСДБ). Принцип РСДБ, предложенный советскими учеными Леонидом Матвеенко, Николаем Кардашевым и Геннадием Шоломицким в середине 1960-х годов, заключается в одновременном наблюдении объекта на небе разными телескопами.

Синхронизация сигнала с каждой антенны и последующая корреляция позволяют восстанавливать изображения удаленных астрофизических объектов с высочайшим угловым разрешением, эквивалентным тому, которое достигалось бы телескопом размером с Землю. При этом чем больше собирательная поверхность и чем короче длина волны наблюдения, тем выше угловое разрешение.

Ученым удалось восстановить изображение OJ 287 с самым высоким разрешением (уровнем четкости), достигнутым на сегодня, используя наземно-космические РСДБ-наблюдения. Участие 10-метровой орбитальной антенны «Спектр-Р» (космическая миссия «Радиоастрон», возглавляемая Астрокосмическим центром при поддержке Роскосмоса), помогло сформировать виртуальный радиотелескоп размером в 15 раз больше Земли.

При этом было достигнуто разрешение около 12 угловых микросекунд, или около двух световых месяцев. Другими словами, полученное изображение настолько детализировано, что, обладая таким разрешением, можно с Земли увидеть монету в один рубль на поверхности Луны. «Мы еще никогда не наблюдали внутреннюю структуру кандидата на сверхмассивную двойную черную дыру OJ287 с такой четкостью», — рассказывает Юрий Ковалев.

Анализ полученных изображений показал, что плазменная струя объекта сильно изогнута, и это подтверждает, что перед нами двойная черная дыра. Наблюдения в поляризованном свете показали топологию магнитного поля самой внутренней части струи и подтвердили его тороидальную конфигурацию. Оказалось, что начало джета пронизано спиральным магнитным полем.

«Эти результаты помогли нам продвинуться еще на один шаг в расширении наших знаний о морфологии релятивистских джетов вблизи центральной машины, подтвердить роль магнитных полей в запуске джетов. Мы получили новые указания на двойную систему сверхмассивных черных дыр в сердце OJ287», — заключает участник исследования профессор РАН Александр Пушкарев, ведущий научный сотрудник КрАО и ФИАН.

ФизТех

388 статей

Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.

Показать больше