Трио сверхмассивных чёрных дыр поможет в поиске гравитационных волн

Гипотетическую "рябь в пространстве-времени" или гравитационные волны (подробно о том, что это такое здесь), существование которых было предсказано Альбертом Эйнштейном, учёные до сих пор не смогли зарегистрировать напрямую. Изучение природы этого явления, возникшего сразу после Большого взрыва, требует косвенных наблюдений как за взаимодействием элементарных частиц, так и за сверхмассивными астрономическими объектами, такими как чёрные дыры.

Международная команда астрономов, возглавляемая доктором Роджером Дином (Roger Deane), сотрудником университета Кейптауна и Оксфордского университета, рассмотрели шесть звёздных систем, в которых, предположительно, присутствуют двойные сверхмассивные чёрные дыры.

Исследователи обнаружили, что в одной из этих галактик присутствует целых три гравитационно связанных сверхмассивных чёрных дыр на близких орбитах. При этом две из них находятся совсем близко друг другу — настолько, что прежние исследования принимали их за одну — а третья расположена чуть поодаль.

Открытие позволяет предположить, что такие близкие сверхмассивные чёрные дыры встречаются гораздо чаще, чем считалось ранее, сообщается в статье Дина и его коллег, опубликованной в журнале Nature.

"Эти чёрные дыры обращаются друг вокруг друга со скоростью, в 300 раз превышающей скорость звука на Земле. Мы изучали наше загадочное трио при помощи комбинированных сигналов от различных радиотелескопов на четырёх континентах Земли. В будущем мы планируем подробнее исследовать гравитационные волны с помощью радиоинтерферометра "Квадратная километровая решётка" (SKA)", — рассказывает Дин в пресс-релизе.

Масштабность исследования обусловлена важностью открытия гравитационных волн. Общая теория относительности предсказывает, что слившиеся чёрные дыры являются источниками гравитационных волн, и обнаруженная система является идеальным примером того, о чём ранее говорил Эйнштейн. Теперь астрономы надеются, что в будущем они найдут больше подобных примеров слияния трёх сверхмассивных чёрных дыр, и "рябь" в пространстве-времени будет изучена на примере деформации Вселенной.

Для обнаружения чёрных дыр, лежащих в самом центре далёкой галактики, астрономы использовали методику радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (Very Long Baseline Interferometry). Этот метод позволяет использовать сигналы от больших радиоантенн, разделённых десятками тысяч километров. Благодаря этому можно получить изображения далёких объектов в 50 раз чётче, чем при помощи космического телескопа "Хаббл". Именно благодаря этому этапу наблюдений Дин и его коллеги подтвердили, что чёрных дыр целых три, а не две.

Исследователи рассказывают, что трио чёрных дыр образовалось в результате слияния двух соседних галактик в созвездии Волопаса. В результате этого процесса вблизи чёрных дыр собрался горячий газ, который превратил область вокруг мёртвых звёзд в яркие квазары — активные ядра галактик. Свечение этих квазаров позволило увидеть их напрямую.

Квазар с кодовым названием SDSS J1502+1115 позволил идентифицировать чёрные дыры, определить их количество и приблизительную массу. Также астрономы определили, что одна из них удалена на 24 тысячи световых лет от двух других, что является ничтожным расстоянием, если учитывать массы объектов.

В данный момент не существует информации ни об одной двойной чёрной дыре, которая соответствовала бы всем теоретическим предсказаниям для испускания гравитационного волн. Трио чёрных дыр повышает вероятность того, что при последовательном приближении друг к другу объекты начнут образовывать гравитационные волны достаточно мощные, чтобы их можно было засечь с Земли.

Учёные напоминают, что когда наша галактика Млечный Путь столкнётся с Андромедой, сверхмассивные чёрные дыры обеих систем образуют аналогичный дуэт. Если человечество доживёт до этого события, то астрономы непременно изучат этот процесс в непосредственной близости к Земле.