Изображение галактики MCG-03-34-064 в видимом свете, полученное космическим телескопом Хаббл. На четком изображении Хаббла видны три ясно видимых ярких пятна, заключенных в белом эллипсе в центре галактики (увеличено на вставке справа). Два из этих ярких пятен являются источником мощных рентгеновских лучей, что является верным признаком того, что они являются сверхмассивными черными дырами. Черные дыры ярко сияют, потому что они преобразуют поступающую материю в энергию и мчатся по космосу как активные галактические ядра. Расстояние до них составляет около 300 световых лет. Третье пятно — это сгусток яркого газа. Синяя полоса, указывающая на положение «5 часов», может быть лучом, выпущенным из одной из черных дыр. Пара черных дыр — результат слияния двух галактик, которые в конечном итоге столкнутся. Изображение предоставлено: НАСА, ЕКА, Анна Триндаде Фалькао (CfA)
Подобно тому, как сражаются два борца сумо, следующие две подтвержденные сверхмассивные черные дыры наблюдались в непосредственной близости. Они расположены на расстоянии около 300 световых лет друг от друга и были обнаружены с помощью космического телескопа НАСА «Хаббл» и рентгеновской обсерватории «Чандра». Эти черные дыры, спрятанные глубоко внутри пары сталкивающихся галактик, питаются поступающим газом и пылью, заставляя их ярко сиять как активные галактические ядра (АЯГ).
Эта пара АЯГ наиболее близка к обнаружению в локальной Вселенной с помощью многоволновых наблюдений (видимый свет и рентгеновские лучи). Хотя раньше было обнаружено несколько десятков «двойных» черных дыр, их расстояние обычно намного больше, чем в богатой газом галактике MCG-03-34-64.
С помощью радиотелескопов астрономы наблюдали пару черных дыр даже ближе, чем MCG-03-34-64, хотя и без подтверждения на других длинах волн.
Подобные двойные системы АЯГ, вероятно, были более распространены в ранней Вселенной, когда слияния галактик были более распространены. Это открытие дает уникальный взгляд на ближайший экземпляр, расположенный примерно в 800 миллионах световых лет от нас.
Это открытие было счастливой случайностью. Изображения высокого разрешения, полученные телескопом Хаббл, показали три оптических дифракционных пика внутри галактики, что указывает на большую концентрацию светящегося газообразного кислорода на очень маленькой площади.
«Мы не ожидали увидеть нечто подобное», — сказала Анна Триндаде Фалькао из Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского института в Кембридже, штат Массачусетс, и ведущий автор статьи, опубликованной в Astrophysical Journal.
«Это зрелище не является обычным явлением в соседней вселенной и говорит нам о том, что внутри галактики происходит что-то еще».
Дифракционные пики — это артефакты изображения, которые возникают, когда свет из очень небольшого участка пространства огибает зеркало внутри телескопов.
Затем команда Фалькао использовала обсерваторию Чандра для изучения той же галактики в рентгеновском свете, чтобы глубже понять происходящее.
Это представление художника о паре активных черных дыр в центре двух сливающихся галактик. Обе они окружены аккреционным диском горячего газа. Часть материала выбрасывается вдоль оси вращения каждой черной дыры. Окруженные сильными магнитными полями, струи мчатся в космосе как разрушительные лучи энергии почти со скоростью света. Фото предоставлено: НАСА, ЕКА, Джозеф Олмстед (STScI)
«Когда мы посмотрели на MCG-03-34-64 в рентгеновских лучах, мы увидели два отдельных мощных источника излучения высокой энергии, которые соответствовали ярким пятнам оптического света, наблюдаемым Хабблом. Мы соединили эти части вместе и пришли к выводу «Мы, вероятно, смотрели на две сверхмассивные черные дыры, которые находились близко друг к другу», — сказал Фалькао.
Чтобы подтвердить свою интерпретацию, исследователи использовали архивные радиоданные с Очень большой антенной решетки Карла Дж. Янски недалеко от Сокорро, штат Нью-Мексико. Энергичный дуэт черных дыр также излучает мощные радиоволны.
«Когда ты видишь яркий свет в оптике, Дуос», — сказал Фалькао.
Третий источник яркого света, который наблюдал Хаббл, имеет неизвестное происхождение, и для его понимания необходимы дополнительные данные. Это может быть газовый шок, вызванный энергией струи сверхбыстрой плазмы, выпущенной из одной из черных дыр, подобно струе воды из садового шланга, попадающей в кучу песка.
«Без потрясающего разрешения Хаббла мы не смогли бы увидеть все эти тонкости», — сказал Фалькао.
Две сверхмассивные черные дыры когда-то располагались в ядрах соответствующих родительских галактик. В результате слияния галактик черные дыры сблизились друг с другом. Они будут сближаться все ближе и ближе друг к другу, пока наконец не сольются – возможно, через 100 миллионов лет – и сотрясут ткань пространства и времени как гравитационные волны.
Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) Национального научного фонда обнаружила гравитационные волны, образующиеся в результате десятков слияний черных дыр звездной массы. Однако более длинные волны, возникающие в результате слияния сверхмассивных черных дыр, выходят за рамки возможностей LIGO.
Детектор гравитационных волн следующего поколения, получивший название «Космическая антенна лазерного интерферометра» (LISA), будет состоять из трех детекторов, расположенных в космосе на расстоянии миллионов километров друг от друга, для обнаружения этих более длинноволновых гравитационных волн из космоса. ЕКА (Европейское космическое агентство) возглавляет эту миссию в партнерстве с НАСА и другими участвующими учреждениями. Запуск запланирован на середину 2030-х годов.
Информация от: ЕКА/Информационным центром Хаббла.
