Пара черных дыр обнаружена слишком близко друг к другу в центре галактического слияния

Используя радиоинтерферометр ALMA для изучения пары сливающихся галактик, исследовательская группа обнаружила две сверхмассивные черные дыры, растущие в центре формирующейся галактики. Эта пара будет содержать две самые близкие черные дыры, когда-либо наблюдавшиеся в нескольких диапазонах длин волн. Ученые предполагают, что пары сверхмассивных черных дыр встречаются гораздо чаще, чем ожидалось, что будет иметь значительные последствия для будущих обнаружений гравитационных волн.

На расстоянии 500 миллионов световых лет от Земли, в созвездии Рак, находится новая галактика под названием UGC4211, образовавшаяся в результате слияния двух галактик. Во время наблюдения за ней с помощью Атакамского большого миллиметрового/субмиллиметрового массива (ALMA) в Чили исследователи выявили две сверхмассивные черные дыры, одновременно растущие в ее центре.

Благодаря высокочувствительным приемникам ALMA, используемым для исследования глубины галактических ядер, участвующих в слиянии, удалось обнаружить не одну, а две черные дыры, пожирающие продукты слияния. Удивительно, но их разделяет всего 750 световых лет, что делает их одной из самых близких пар сверхмассивных черных дыр из когда-либо обнаруженных. Более того, возможность наблюдать за этими двумя чудовищными небесными гигантами на разных длинах волн, используя данные многочисленных телескопов и астрономических обзоров, позволила ученым более детально изучить ситуацию.

Полученные результаты нового исследования были опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters и представлены на пресс-конференции на 241-м заседании Американского астрономического общества (AAS) в Сиэтле, штат Вашингтон. Майкл Косс, старший научный сотрудник Eureka Scientific и ведущий автор нового исследования, сказал:

Моделирование до сих пор предполагало, что большая часть популяции двойных черных дыр в близлежащих галактиках будет неактивной. Они встречаются чаще, чем две растущие черные дыры, как те, которые мы нашли. Но поскольку мы знаем, что слияния галактик гораздо более распространены в далекой Вселенной, эти двойные черные дыры также могут быть гораздо более распространены, чем считалось ранее.

Использование радиоинтерферометра ALMA, безусловно, стало поворотным моментом. Его чувствительность и производительность позволили разрешить, т.е. оптически разделить, две черные дыры, расположенные так близко друг к другу, что они едва ли показались бы двумя отдельными точками при использовании других инструментов. ALMA уникален: он может видеть сквозь большие столбы газа и пыли, достигая очень высокого пространственного разрешения. И, вместе с другими открытиями такого калибра, революционизирует наше понимание галактических слияний, взаимодействий черных дыр и, следовательно, будущих обнаружений гравитационных волн.

Эзекиль Трейстер, астроном из Католического университета Чили и соавтор исследования, сказал: «В центрах галактик может существовать множество пар сверхмассивных черных дыр, которые мы до сих пор не смогли обнаружить. Если это так, то в ближайшем будущем мы будем наблюдать частые гравитационные волновые события, вызванные слиянием этих объектов во Вселенной«.

Чтобы дополнить это и без того очень убедительное открытие, были использованы длины волн других мощных телескопов:

• Рентгеновская космическая обсерватория НАСА «Чандра».
• Космический телескоп НАСА «Хаббл».
• Очень большой телескоп ESO с прибором Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE).
• Обсерватория Кека на Гавайских островах.
• 4-метровый телескоп Бланко в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо (CTIO) с инструментом Dark Energy Camera Legacy Survey (DECalS).

Каждая длина волны рассказывает свою часть истории. В то время как наземная оптическая съемка показала всю галактику в слиянии, Хаббл определил области ядер с высоким разрешением. Рентгеновские наблюдения, с другой стороны, показали, что в системе имеется по крайней мере одно активное галактическое ядро. Наконец, ALMA подтвердила точное положение двух растущих сверхмассивных черных дыр. Ниже приведен рисунок от слившейся галактики к центру, показывающий две пространственно разрешенные черные дыры.

Галактическое слияние — это самый бурный тип взаимодействия между несколькими галактиками. Его воздействие на отдельные компоненты, частично обусловленное гравитационными взаимодействиями и частично динамическим трением между космическим газом и пылью, имеет огромные масштабы. Поэтому слияния между галактиками являются обширной темой для исследований, чтобы понять их формирование и эволюцию и шаг за шагом восстановить историю Вселенной.

До сих пор ученые изучали в основном только ранние стадии слияния галактик. Новое исследование может оказать глубокое влияние на наше понимание предстоящего слияния Млечного Пути с близлежащей галактикой Андромеды.

По этому поводу Косс сказал: «Столкновение Млечного Пути и Андромеды находится на самой ранней стадии и, как ожидается, произойдет примерно через 4,5 миллиарда лет. То, что мы только что изучили, является источником на заключительной стадии столкновения, поэтому то, что мы видим, является предвестником этого слияния. И это также дает нам представление о связи между слиянием и ростом черных дыр, которые в конечном итоге порождают гравитационные волны«.

Но не только это, исследование демонстрирует возможности ALMA и сотрудничество нескольких обсерваторий для получения данных на разных длинах волн. Это предвещает то, что мы еще можем обнаружить в будущем. С появлением детекторов гравитационных волн у нас появилась возможность еще больше расширить возможности наблюдений, объединив возможности лучших приборов, используемых в настоящее время.