Вторинна надмасивна чорна діра у винятковій парі вперше спостерігається безпосередньо

В центрі галактики OJ 287 знаходиться надмасивна чорна діра, як і майже в кожній іншій галактиці, але ця галактика незвичайна. Навколо неї обертається менша чорна діра, але все одно набагато більша, ніж у нашій галактиці. Астрономи десятиліттями підозрювали, що спалахи цієї галактики є результатом взаємодії цих двох величезних об’єктів. Лише зараз, за допомогою двох космічних телескопів, вони здійснили пряме спостереження меншої чорної діри.

Надмасивні чорні діри (НЧД) в центрі галактик оточені акреційними дисками з матеріалу, який повільно спіраллю падає до них, щоб бути поглинутим. Залежно від кількості матеріалу в диску в будь-який момент часу, вони можуть бути надзвичайно яскравими, а можуть спалахувати, коли диск порушується.

Зазвичай, однак, ми не знаємо, коли очікувати такого спалаху, але астрономи з Університету Турку вивчали OJ 287 протягом 40 років і очікували його наприкінці 2021 року. Інші астрономи були настільки впевнені в цьому прогнозі, що відволікли транзитний супутник для дослідження екзопланет (TESS) від його основної ролі – пошуку планет навколо найближчих зірок – і змусили його часто перевіряти OJ 287 протягом 80 днів.

Це рішення виправдалося, коли TESS разом з рентгенівським телескопом Swift вчасно помітили спалах. Разом зі спостереженнями, зробленими наступного року, але опублікованими швидше, вони підтверджують модель Турку, відкриваючи дві величезні чорні діри в епічному танці.

Попередній спалах стався, коли менша SMBH пройшла крізь акреційний диск більшої, порушивши його таким чином, що спричинила сплеск яскравості. Однак у цьому випадку додаткове світло випромінювалося з області навколо самої меншої ЧД.

OJ 287 знаходиться на відстані 4 мільярдів світлових років від нас, тому дивно, наскільки вона яскрава, видима у великі аматорські телескопи. Вона також має історію дивної поведінки, привертаючи увагу астрономів з 19-го століття, які в той час не мали уявлення, на що вони дивляться. Зараз ми знаємо, що OJ 287 є блазаром, типом квазара, де струмені спрямовані прямо на Землю, але це ще не все.

OJ 287 спалахував багато разів. 40 років тому Аймо Сілланпяя (Aimo Sillanpää), захистивши докторську дисертацію, побудував теорію, згідно з якою ми бачимо два SMBH, один з яких набагато більший за інший. Природно, що менша обертається навколо свого більшого сусіда, і 12-річний цикл цієї орбіти створює один з періодів, які Сілланпяа відстежував між спалахами. Менша SMBH обертається під кутом до площини акреційного диска, тому вона проходить через нього двічі на кожній орбіті, і це порушення призводить до виливу додаткового світла.

Це було б захоплююче видовище за будь-яких обставин, але масштаби цієї системи приголомшують. Менша чорна діра має масу в 150 мільйонів разів більшу за масу Сонця, що робить її в 40 разів масивнішою за Стрільця А*, SMBH в серці нашої галактики. Більший об’єкт має масу близько 18 мільярдів мас Сонця.

Незважаючи на розмір меншої чорної діри, зазвичай існують перешкоди для її прямого виявлення. “Дві чорні діри настільки близькі одна до одної на небі, що їх неможливо побачити окремо, вони зливаються в одну точку в наших телескопах”, – сказав професор Маурі Валтонен у своїй заяві. Тільки якщо ми бачимо чіткі окремі сигнали від кожної чорної діри, ми можемо сказати, що насправді “бачили” їх обидві”.

Окрім спалахів, які відстежував Сілланпяя, є й інші події, спричинені взаємодією двох SMBH. Працюючи над власною докторською дисертацією у 2014 році, д-р Паулі Піхайокі вдосконалив модель, щоб передбачити, що менша SMBH захопить багатшу кишеню газу наприкінці 2021 року і спалахне, надихнувши на спостереження TESS і Swift.

12 листопада о 2 годині ночі за Гринвічем TESS зафіксував спалах OJ 287 і відстежував його протягом 12 годин, перш ніж він знову згас. Swift і наземні інструменти також працювали в цьому напрямку, і ті, у кого були ясні ночі, також змогли спостерігати спалах.

Професор Маурі Валтонен очолив проект з аналізу даних з усіх цих інструментів і порівняння їх з прогнозами Сілланпяя і Піхайокі.

Вони виявили, що за цей 12-годинний період менший SMBH затьмарив свого більшого побратима, надавши системі жовтого кольору, а не звичайного червоного.

“Таким чином, ми можемо сказати, що вперше “побачили” чорну діру на орбіті, так само, як ми можемо сказати, що TESS побачив планети, що обертаються навколо інших зірок”, – сказав Валтонен в іншій заяві. “Як і у випадку з планетами, надзвичайно важко отримати пряме зображення меншої чорної діри. Насправді, через велику відстань до OJ 287… пройде дуже багато часу, перш ніж наші методи спостереження розвинуться настільки, щоб отримати зображення навіть більшої чорної діри”.

Команда проаналізувала дати, коли така подія мала відбутися раніше, і виявила, що телескопи, достатньо потужні, щоб виявити зміни, ніколи не спостерігали в потрібний час.

Крім вивчення OJ 287 у всіх точках електромагнітного спектра, команда Університету Турку вважає, що два таких величезних об’єкти, що обертаються на орбітах так близько один до одного, повинні виробляти гравітаційні хвилі в наногерцовому діапазоні. Ці хвилі повинні змушувати пульсари по всьому всесвіту змінювати свій час, і команда сподівається, що незабаром ми зможемо виміряти деякі з них досить точно, щоб виявити це.