Ученые обнаружили двойные сверхмассивные черные дыры по повторяющимся вспышкам звезд

Сверхмассивные двойные черные дыры формируются при слиянии галактик, но ученым пока удалось наблюдать лишь немного таких систем, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Более тесные пары оставались не измеренными.

В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, исследователи предложили искать скрытые системы по повторяющимся вспышкам света отдельных звезд. Эти вспышки возникают из-за гравитационного линзирования, когда свет звезд увеличивается при прохождении за двойной системой.

Сверхмассивные черные дыры находятся в центрах большинства галактик. При слиянии двух галактик их центральные черные дыры формируют связанную пару, известную как двойная система сверхмассивных черных дыр. Такие системы влияют на эволюцию галактик и становятся мощными источниками гравитационных волн. Хотя будущие обсерватории гравитационных волн, включая LISA, смогут исследовать их напрямую, ученые показывают, что их можно обнаружить и с помощью электромагнитных наблюдений.

«Сверхмассивные черные дыры действуют как естественные телескопы», — отмечает Мигель Зумалакарреги из Института гравитационной физики им. Макса Планка. Их масса и компактность сильно искривляют проходящий свет, создавая яркие изображения — эффект гравитационного линзирования.

Для одиночной черной дыры усиление света происходит только при точном выравнивании звезды вдоль линии зрения. Двойная черная дыра действует как пара линз, формируя каустическую кривую, вдоль которой звезды могут значительно усиливаться. «Вероятность усиления звездного света в двойной системе выше, чем у одиночной черной дыры», — добавляет Бенце Кочиш из Оксфордского университета.

Двойные системы не статичны. Их движение вызывает постепенную потерю энергии через гравитационные волны, расстояние между черными дырами уменьшается, а скорость вращения увеличивается. «Каустическая кривая вращается и меняет форму, охватывая больше звезд. Когда яркая звезда попадает в эту область, она каждый раз создает вспышку света», — объясняет Ханьси Ван. Эти повторяющиеся вспышки становятся характерным признаком двойной системы.

Время и яркость вспышек дают информацию о массе и орбитальной эволюции системы. Сближение пар меняет структуру каустики и оставляет отпечаток в частоте и яркости вспышек. Анализируя эти закономерности, астрономы могут определить свойства черных дыр и их орбиты. Вспышки могут повторяться с периодом в несколько лет, отражая орбитальный цикл сверхмассивных объектов. Разные пары демонстрируют разные частоты в зависимости от стадии их развития.

С появлением мощных широкоугольных телескопов, таких как обсерватория Веры К. Рубин и космический телескоп Нэнси Грейс Роман, ученые рассчитывают на обнаружение повторяющихся вспышек в ближайшие годы.

«Обнаружение сближающихся двойных систем за годы до работы будущих космических детекторов гравитационных волн открывает новые возможности для многоканальных исследований черных дыр и проверки физики гравитации», — заключает Кочиш.

Читайте также: