У центрі далекої галактики, ймовірно, обертаються одна навколо одної дві надмасивні чорні діри. Про другу свідчить власний струмінь частинок, який роками не вдавалося помітити. Пара настільки тісна, що чорні діри можуть злитися вже за століття, а за астрономічними мірками це мить. Якщо так, астрономи отримають рідкісну нагоду побачити, як дві такі діри підходять до зіткнення.
Чорні діри з коротким періодом обертання
За розрахунками команди Зільке Бріцен з Інституту радіоастрономії Макса Планка, пара в галактиці Markarian 501 робить повний оберт приблизно за 121 добу. Чорні діри розділяє від 250 до 540 астрономічних одиниць, тобто відстаней між Землею і Сонцем. Для об’єктів масою від 100 мільйонів до мільярда мас Сонця це дуже мало.
Зонд Voyager 1 восени 2026 року віддалився від Землі приблизно на 173 астрономічні одиниці. Тобто чорні діри розташовані лише в півтора-три рази далі одна від одної, ніж Voyager 1 від нас.
Орбіта стискається, бо пара втрачає енергію на гравітаційні хвилі, і залежно від справжніх мас чорні діри можуть злитися вже за 100 років, як повідомляє Товариство Макса Планка. Але світло від Markarian 501 летить до Землі близько 460 мільйонів років. Тож якщо розрахунок справдиться, злиття насправді відбулося давно, а світло і гравітаційні хвилі від нього долетять до Землі лише приблизно через століття.
Прихований струмінь
Надмасивні чорні діри є в центрах майже всіх великих галактик, і масу вони, ймовірно, набирають зокрема через злиття. Галактики зіштовхуються постійно. А от тісної пари таких чорних дір досі надійно не виявили жодного разу.
Щоб знайти її, команда Зільке Бріцен проаналізувала радіоспостереження ядра Markarian 501 на кількох частотах, які проводили десятки днів упродовж приблизно 23 років. Ця еліптична галактика в сузір’ї Геркулеса відома як блазар. Її центральна чорна діра викидає струмінь частинок майже зі швидкістю світла просто в бік Землі, тому він здається дуже яскравим. Результати вийшли в рецензованому журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
У даних знайшовся ще один струмінь. Він спрямований не на Землю, тому здається значно тьмянішим і довго лишався непоміченим. Такі струмені виникають біля чорних дір, де магнітні поля розганяють речовину назовні. Тож другий струмінь указує на ще одну чорну діру, пише ScienceDaily.
Упродовж кількох тижнів другий струмінь з’являвся з-за більшої чорної діри й обходив її проти годинникової стрілки, а потім рух повторювався. За цими повторами і регулярними змінами яскравості дослідники й обчислили період обертання. У червні 2022 року випромінювання системи мало вигляд кільця. Одне з можливих пояснень полягає в тому, що Земля й обидві діри тоді опинилися на одній лінії, і гравітація ближчої діри викривила світло струменя позаду неї, наче лінза.
Сигнал від пульсарів
Простежити зближення напряму не вдасться, бо галактика надто далеко. Навіть Телескопу горизонту подій, за допомогою якого отримали перші зображення чорних дір, бракує роздільної здатності, щоб показати дві діри окремо. Зате пара має випромінювати гравітаційні хвилі надзвичайно низької частоти, тобто крихітні збурення простору-часу.
Такі хвилі шукають за допомогою мереж пульсарного хронометрування. Пульсарами називають нейтронні зорі, що посилають радіоімпульси з дуже точною регулярністю. Хвиля, яка проходить між пульсаром і Землею, трохи розтягує і стискає простір, тож імпульси приходять на мить раніше або пізніше. Такі ледь помітні зсуви і вимірюють астрономи.
Якщо сигнал від Markarian 501 зареєструють, його частота має поступово зростати в міру зближення чорних дір, зазначає співавтор дослідження Ектор Оліварес з Університету Авейру. У 2023 році Європейська мережа пульсарного хронометрування та інші колаборації повідомили про ознаки гравітаційно-хвильового фону, тобто сумарного сигналу від безлічі далеких джерел. Для цих мереж галактика Markarian 501 стала нагодою пов’язати частину фону з конкретною парою чорних дір.
