Международной командой исследователей, в которую входила Stefanie Komossa из Радиоастрономического института Макса Планка (Max Planck Institute for Radio Astronomy), расположенного в Бонне (Германия), обнаружена пара сверхмассивных черных дыр, вращающихся друг вокруг друга, словно в танце.
Впервые астрономам удалось обнаружить такой специфический «дуэт» в обычной, ничем не примечательной галактике. Черные дыры были обнаружении отчасти по тому, что «разорвали» звезду как раз в тот момент, когда космическая обсерватория Европейского космического агентства «XMM-Newton» «смотрела» в их сторону.
Большинство массивных галактик во Вселенной, как полагают учёные, «кормят» по меньшей мере одну сверхмассивную черную дыру, расположенную в галактическом центре. Две сверхмассивные черные дыры — это улика, указывающая на недавнее слияние галактик. Таким образом, обнаружение подробного рода «дуэтов» позволяет астрономам изучать, как именно развивались галактики и чем обусловлены их современные формы и размеры.
На сегодняшний день астрономам известно о существовании лишь нескольких кандидатов на звание «близких двойных сверхмассивных черных дыр». Следует отметить, что все ранее обнаруженные кандидаты находятся в активных галактиках.
В процессе разрушения газ нагревается, благодаря чему они светит достаточно ярко в большинстве длинах волн, в том числе и в рентгеновской части спектра. Из-за этого галактика приобретает необычно яркий центр, благодаря которому она, собственно, и называется активной. Новое открытие, о котором сообщают Fukun Liu из Peking University в Китае и его коллеги, имеет важную научную ценность, так как пара черных дыр является первой в своем роде, которая была найдена в неактивной галактике.
По словам соавтора исследований Stefanie Komossa из Max-Planck-Institut fuer Radioastronomie, вполне вероятно, что есть очень много «статических» (неактивных) галактик, в центре которых находятся двойные черные дыры. Однако, обнаружить их крайне сложно, так как в статических галактиках нет газовых облаков, «питающих» черные дыры, таким образами, ядра таких галактик являются довольно темными и разглядеть в них что-либо весьма проблематично.
Астрономам остается надеяться лишь на то, что в момент, когда одна из черных дыр будет разрывать звезду на куски, какой-либо из космических телескопов будет обращён именно в том направлении. Такое совпадение называют «гравитационным событием крушения». Поскольку звезда «раздирается» гравитацией черной дыры, она выделяет мощный поток рентгеновских лучей.
В активной галактике черная дыра непрерывно питается газовыми облаками. В статической галактике черная дыра питается гравитационными событиями крушения, которые происходят спонтанно и нерегулярно. Для того, чтобы увеличить вероятность фиксации такого события, исследователи задействуют космический рентгеновский телескоп ESA «XMM-Newton» совершенно новым способом.
Обычно, обсерватория собирает данные о определённых целях по одной за раз. После того, как сбор информации об одном астрономическом объекте завершён, «XMM-Newton» переходит к следующему. Самое важное то, что во время перехода от одной цели исследования к другой все приборы и научные инструменты «XMM-Newton» включены и производят сбор информации. Фактически, телескоп производит обзор неба случайным образом, производя данные, которые могут быть проанализированы на наличие в них ярких источников рентгеновского излучения.
10 июня 2010 года гравитационное событие крушения было замечено рентгеновским телескопом «XMM-Newton» в галактике SDSS J120136.02+300305.5, расположенной примерно в 2 млрд световых лет от Земли. Komossa и её коллеги просматривали данные для таких событий и наметили последующие наблюдения только спустя несколько дней с «XMM-Newton» и спутником NASA «Swift».
Галактика все ещё извергала рентгеновские лучи в космос. Это было похоже на гравитационное событие крушения, обусловленное сверхмассивной черной дырой, но когда они день за днём отслеживали уменьшение эмиссии, произошло нечто странное. Уровень рентгеновского излучения в период с 27 по 48 день после открытия упал ниже минимально допустимого уровня обнаружения. На 49 день после открытия интенсивность рентгеновское излучения восстановилась до первоначальных показателей.
Благодаря Fukun Liu, это аномальное поведение может быть объяснено. По его словам, произошло именно то, что и можно было ожидать от пары сверхмассивных черных дыр, вращающихся друг вокруг друга.
Liu работал над моделями бинарных систем черных дыр, которые предсказывали внезапное погружение в темноту и последующий выход и неё, потому что гравитация одной из черных дыр разрушила поток газа к другой дыре, временно лишив её «топлива», столь необходимого для рентгеновской эмиссии. Учёный предложил два варианта развития событий. Согласно первому, основная черная дыра, масса которой более чем в 10 млн раз превышает массу Солнца, была выведена на эллиптическую орбиту черной дыры, массой порядка 1 млн солнечных масс. По второму «сценарию», орбита движения меньшей черной дыры была круговой. В обоих случаях расстояние между черными дырами было относительно небольшим — порядка 2/1000 светового года.
Будучи столь близкими друг другу, судьба недавно обнаруженной пары черных дыр уже определена. Они излучают свою орбитальную энергию на значительное расстояние, при этом происходит их взаимное ускорение, которое в конечном итоге примерно через 2 млн лет приведёт к слиянию в единую черную дыру.
Теперь, когда астрономы нашли первого кандидата на бинарную систему черных дыр в статичной галактике, поиски в этом направлении, безусловно, продолжатся. «XMM-Newton» продолжит проводить обзор. Это открытие также стимулирует интерес к сети телескопов, которые занимаются поисками гравитационных событий крушения.
По словам Stefanie Komossa, как только учёные получат информация о хотя бы тысячи гравитационных событий крушения, они смогут составить статистку слияния галактик.
Когда бинарные черные дыры сливаются, они, по предположениям, испускают массивный поток энергии во Вселенную, однако, не обязательно в рентгеновском диапазоне. По словам Fukun Liu, заключительное слияние станет самым сильным источником гравитационных волн во Вселенной.
