Пара сверхмассивных черных дыр скоро столкнется

Странное поведение галактики, расположенной на расстоянии около миллиарда световых лет от нас, позволяет предположить, что в ней может произойти одно из самых долгожданных событий в современной астрономии.

Колебания света из центра галактики SDSS J1430+2303 подозрительно похожи на пару сверхмассивных черных дыр с суммарной массой около 200 миллионов Солнц, предназначенных для неминуемого столкновения друг с другом.

"Неминуемое" в космических терминах часто может растянуться на целую жизнь. К счастью, в данном случае астрономы предсказывают, что если сигнал действительно является результатом столкновения колоссальных черных дыр, то они сольются в течение следующих трех лет.

Возможно, это наш лучший шанс увидеть столкновение двух сверхмассивных черных дыр... но мы все еще не знаем наверняка, происходит ли именно это в сердце J1429+2303. Ученые советуют продолжать наблюдать за странной галактикой, чтобы узнать, можно ли ее окончательно идентифицировать.

Первое обнаружение сталкивающихся черных дыр в 2015 году открыло новую эру в астрономии. С тех пор было обнаружено еще много новых объектов благодаря гравитационным волнам, которые эти массивные события посылают в пространство-время.

На сегодняшний день почти все эти слияния представляют собой бинарные пары черных дыр с массами, сравнимыми с массами отдельных звезд. Для этого есть очень веская причина. LIGO и Virgo, гравитационно-волновые приборы, ответственные за обнаружение, рассчитаны на этот диапазон масс.

Более мощные пульсации, возникающие при инспирации и столкновении сверхмассивных черных дыр, масса которых в миллионы и миллиарды раз превышает массу Солнца, находятся в диапазоне частот, слишком низком для наших современных обсерваторий.

Тем не менее, слияние пары сверхмассивных черных дыр было бы чертовски приятным событием для наблюдения. Даже без детектора, способного регистрировать низкочастотные гравитационные волны, ученые ожидают увидеть огромную вспышку света во всем спектре.

Данные, собранные в этой вспышке, могут многое рассказать нам о том, как происходят эти события. Мы не совсем понимаем, как сверхмассивные черные дыры становятся такими большими, но есть несколько подсказок, позволяющих предположить, что одним из механизмов является слияние бинаров.

Мы знаем, что галактики имеют сверхмассивные черные дыры в своих центрах, и мы наблюдали не просто столкновения пар и групп галактик, а сверхмассивные черные дыры, обращающиеся друг вокруг друга по взаимным, распадающимся орбитам в центрах этих галактик после слияния. Об этом можно судить по колебаниям света, излучаемого галактическим центром этих галактик, на регулярных временных интервалах, что позволяет предположить наличие орбиты.

Это возвращает нас к J1430+2303. Ранее в этом году группа астрономов под руководством Нин Цзяна из Университета науки и технологий Китая разместила на сервере препринтов arXiv статью, описывающую очень странное поведение. В течение трех лет колебания в галактическом ядре становились все короче и короче, начиная с периода около года и заканчивая всего одним месяцем.

Однако не совсем ясно, является ли происходящее в центре J1430+2303 результатом бинарности черной дыры вообще, не говоря уже о той, которая вот-вот взорвется. Галактические ядра - странные места, выбрасывающие сигналы, которые трудно интерпретировать, а это значит, что возможно что-то другое может быть причиной переменчивости в сердце J1430+2303.

Чтобы попытаться разобраться в этом вопросе, астрономы обратились к рентгеновским лучам. Используя данные ряда рентгеновских обсерваторий за период в 200 дней, группа под руководством Лиминга Доу из Университета Гуанчжоу в Китае попыталась определить высокоэнергетические сигнатуры, которые мы ожидали бы увидеть в близкой сверхмассивной двойной черной дыре на распадающейся орбите.

Они действительно увидели изменения в рентгеновском излучении, испускаемом галактикой, а также тип излучения, связанный с падением железа на черную дыру, который команда обнаружила с 99,96-процентным уровнем достоверности с помощью двух различных приборов. Это излучение может быть связано с бинарными сверхмассивными черными дырами; однако команда не смогла измерить характеристики "дымящегося пистолета", которые подтвердили бы бинарность черной дыры.

Анализ радионаблюдений, опубликованный в июле, также не дал результатов. Так что, похоже, мы все еще не уверены на 100 процентов в том, что происходит с J1430+2303.

Но что мы можем утверждать с уверенностью, так это то, что в центре галактики, похоже, происходит что-то очень странное. Прежде всего, это загадка, причем очень сочная; будь то сверхмассивная двойная черная дыра на грани столкновения или нет, J1430+2303, похоже, заслуживает более пристального и детального внимания.

Статья была принята к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics и доступна на arXiv.