Протягом десятиліть астрофізики намагалися дозволити математичний парадокс: згідно з сучасними уявленнями про фізику, надмасивні чорні дірки просто “надто великі”, щоб існувати. У рамках стандартних моделей процес «аккреції газу» — коли чорна діра поглинає навколишню матерію для свого зростання — займає набагато більше часу, ніж дозволяє вік Всесвіту задля досягнення цими гігантами їхніх нинішніх масштабів.
Щоб розгадати цю таємницю, вчені давно висунули «теорію злиття»: надмасивні чорні дірки ростуть, стикаючись один з одним під час злиття галактик. І тепер революційне дослідження надає перший прямий доказ того, що цей процес справді відбувається.
Загадка Маркаріан 501
Відкриття зосереджено навколо Маркаріан 501 (Mrk 501) – еліптичної галактики, розташованої в сузір’ї Геркулеса. Як і багато активних галактик, Mrk 501 володіє потужним струменем (джетом) заряджених частинок, що викидаються з її центру майже зі швидкістю світла. Оскільки цей джет спрямований прямо на Землю, він служить астрономам свого роду яскравим маяком.
Використовуючи дані радіочастотного діапазону, зібрані за колосальний 23-річний період спостережень, дослідники з Інституту радіоастрономії Товариства Макса Планка (Німеччина) помітили щось неможливе: у галактики, судячи з усього, було два джети замість одного.
Стеження за небесним танцем
Дослідники не просто побачили другий джет – вони простежили за його рухом. Аналізуючи дані, вони зафіксували складний орбітальний танець:
Орбітальний рух: здавалося, що другий джет рухається проти годинникової стрілки навколо першого.
* Гравітаційне лінзування: у червні 2022 року випромінювання другого джета спотворилося, прийнявши форму кола, відомого як кільце Ейнштейна. Це відбувається, коли гравітація першої чорної діри викривляє світло другої, працюючи подібно до космічної збільшувальної лінзи.
* Орбітальний період: ґрунтуючись на циклах яскравості, що повторюються, астрономи оцінюють, що дві чорні діри роблять оборот один навколо одного кожні 121 день.
«Ми так довго шукали це, і стало повним сюрпризом, що ми змогли не лише побачити другий джет, а й навіть відстежити його рух», — зазначила співавтор дослідження Сільке Брітцен.
Масштабне злиття на горизонті
Хоча відстань між двома чорними дірками — приблизно від 250 до 540 відстаней від Землі до Сонця — може здатися величезною, у космічних масштабах вона неймовірно мала. Ці об’єкти мають маси, що перевищують масу нашого Сонця від 100 мільйонів до 1 мільярда разів.
На такій близькій відстані два гіганти перебувають на курсі зіткнення. Вчені вважають, що можуть злитися протягом наступного століття.
Чому це важливо
Це відкриття дає найважливіший фрагмент пазла у сенсі еволюції галактик. Якщо надмасивні чорні дірки ростуть переважно за рахунок таких бурхливих злиттів, а не шляхом повільної акреції, це змінює всю нашу модель формування та дозрівання галактик.
Хоча саме злиття відбудеться за 440 мільйонів світлових років від нас — далеко за межами можливостей прямого спостереження людиною — ця подія, швидше за все, викличе бриж у просторі-часі. У міру зближення пари повинна буде випускати “гравітаційні хвилі вкрай низької частоти”, які майбутні обсерваторії зможуть зафіксувати, що стане остаточним доказом цього космічного союзу.
Висновок: Спостереження подвійних джетів у Маркаріан 501 надає переконливі докази того, що надмасивні чорні діри ростуть шляхом злиття, що потенційно вирішує давню математичну загадку про їх колосальні розміри.
