Новая модель предсказывает свечение черных дыр перед их столкновением

Сверхмассивные черные дыры в миллионы и миллиарды раз массивнее Солнца. Ученые считают, что они находятся в центре каждой крупной галактики. Известно, что галактики нередко сталкиваются — именно это произойдет с Млечным Путем и Андромедой примерно через четыре миллиарда лет.

Несмотря на то что слияние черных дыр уже наблюдали при помощи эксперимента LIGO, слияние сверхмассивных черных дыр отследить гораздо сложнее, так как они расположены дальше и испускают очень слабые сигналы гравитационных волн. Для регистрации такого незначительного сигнала датчики должны находиться в космосе, чтобы избавиться от любых сейсмических помех, производимых нашей планетой. Такой датчик — Laser Interferometer Space Antenna, или LISA — в 2030-х запустит в космос Европейское космическое агентство (ЕКА).

Есть еще один возможный способ обнаружения слияния сверхмассивных черных дыр. При слиянии галактик следует учитывать скопления газа и пыли, звезды и планеты. Большую часть  этого материала притянут черные дыры, которые затем начнут его поглощать, генерируя излучение, которое могут наблюдать астрономы вплоть до пересечения материалом горизонта событий.

Исследователи разработали симуляцию, с помощью которой проследили происходящее на трех орбитах сверхмассивных черных дыр, находящихся примерно на 40 орбитах от полного слияния. Модель предполагает, что на этом этапе слияния при помощи телескопов будет возможно наблюдать ультрафиолетовое и высокоэнергетическое рентгеновское излучение. Работа описана в статье журнала Astrophysical Journal.

«Три региона светоизлучающего газа светятся при слиянии черных дыр, связанных потоками горячего газа: большого кольца, окружающего всю систему, и двух поменьше — вокруг каждой из черных дыр, — объясняют представители NASA. — Все эти объекты преимущественно излучают ультрафиолетовое свечение. Когда газ на огромной скорости течет в один из малых дисков, его ультрафиолетовое излучение взаимодействует с короной каждой из черных дыр — регионом высокоэнергетических субатомных частиц над и под диском. Это взаимодействие производит рентгеновские лучи. При меньшей скорости аккреции ультрафиолетовое излучение тускнеет по сравнению с рентгеновским». 

Симуляция предполагает, что рентгеновское излучение в слиянии сверхмассивных черных дыр будет ярче и разнообразнее, чем наблюдаемое у одиночных сверхмассивных черных дыр. Симуляцию осуществили на суперкомпьютере Blue Waters в Национальном центре суперкомпьютерных приложений в Иллинойском университете в Урбане-Шампейне.