Астрономы впервые увидели свет столкновения чёрных дыр

Новую вспышку, предположительно, породило столкновение двух чёрных дыр звёздной массы в облаке вещества, окружающем сверхмассивную чёрную дыру.

Новую вспышку, предположительно, породило столкновение двух чёрных дыр звёздной массы в облаке вещества, окружающем сверхмассивную чёрную дыру.
Иллюстрация Caltech/R. Hurt (IPAC).

Астрономы заметили столкновение чёрных дыр звёздной массы благодаря сверхмассивной чёрной дыре.

Астрономы заметили столкновение чёрных дыр звёздной массы благодаря сверхмассивной чёрной дыре.
Иллюстрация NASA/JPL-Caltech.

Новую вспышку, предположительно, породило столкновение двух чёрных дыр звёздной массы в облаке вещества, окружающем сверхмассивную чёрную дыру.
Астрономы заметили столкновение чёрных дыр звёздной массы благодаря сверхмассивной чёрной дыре.

Обычно столкновения чёрных дыр проходят совершенно незаметно для телескопов. И вот теперь учёные впервые зафиксировали вспышку света, порождённую таким катаклизмом. Открытие может стать основой нового метода изучения чёрных дыр.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

Чёрные дыры не светятся. Они не испускают света или другого электромагнитного излучения ни в спокойном состоянии, ни в момент столкновения друг с другом. Человечество знает о подобных катаклизмах только благодаря гравитационным волнам, которые при этом испускаются. Поэтому их невозможно изучать, "глядя в телескопы". И это, конечно, неудобно для учёных, стремящихся узнать о чёрных дырах как можно больше.

Однако окружающее чёрную дыру вещество может светиться. Собственно, подавляющее большинство известных чёрных дыр и были открыты благодаря излучению окружающей их материи (мы видим только тот свет, который испускается за пределами гравитационного капкана космической хищницы).

Может ли столкновение чёрных дыр сопровождаться вспышкой в окружающем их веществе? Это было бы большой удачей, позволяющей наблюдать "космическое ДТП" в телескопы и подробнее изучить его.

Теоретики предложили несколько сценариев таких вспышек. Однако, чтобы свет был достаточно ярким для земных телескопов, светящегося вещества должно быть много. Вероятно, подавляющее большинство чёрных дыр во Вселенной не окружены настолько плотным облаком материи. В этом заключается главная причина того, что до нынешнего открытия наблюдатели никогда не видели подобной вспышки воочию.

Астрономы заметили столкновение чёрных дыр звёздной массы благодаря сверхмассивной чёрной дыре.

И вот 21 мая 2019 года детекторы LIGO и VIRGO зафиксировали всплеск гравитационных волн GW190521g. Анализ данных показал, что две чёрные дыры звёздной массы столкнулись друг с другом и слились, образовав новую чёрную дыру массой около ста солнц.

Необычным оказалось место, где это произошло. Координаты точки столкновения совпали с местоположением квазара J1249+3449.

Напомним, что квазар представляет собой сверхмассивную чёрную дыру (миллионы солнц в случае J1249+3449), окружённую облаком падающего на него вещества. Падая, оно раскаляется и ярко сияет во всех диапазонах электромагнитных волн.

Огромное тяготение сверхмассивного монстра должно притягивать к себе целый рой чёрных дыр звёздной массы. Так что нет ничего удивительного в том, что некоторые из этих объектов сталкиваются между собой и сливаются. Но что, если это произошло прямо внутри облака материи, окружающего центральную чёрную дыру? Тогда событие могло сопровождаться заметной вспышкой.

В данном случае исследователи предполагают такой механизм. Чёрная дыра, образовавшаяся при слиянии двух "участников ДТП" звёздной массы, в момент рождения получает мощный толчок. Он заставляет её вылететь из окружающего сверхмассивную чёрную дыру облака вещества, буквально пробив его насквозь.

Материя на пути "путешественницы" раскаляется и светится. Это и есть та самая вспышка. Она зарождается через несколько дней или недель после столкновения чёрных дыр и угасает ещё через несколько недель.

Учёные обратились к данным оптического телескопа ZTF, предназначенного для регистрации всевозможных вспышек. И действительно увидели всплеск свечения J1249+3449, начавшийся через несколько дней после всплеска гравитационных волн GW190521g. Вспышка постепенно угасала примерно в течение месяца.

"Это чрезвычайно захватывающее открытие, – говорит соавтор статьи Дэниэл Штерн (Daniel Stern) из Лаборатории реактивного движения НАСА. – Мы можем многое узнать об этих двух слившихся чёрных дырах и среде, в которой они находились, благодаря этому сигналу, который они как бы нечаянно создали. Это новый путь для изучения как слияния чёрных дыр, так и дисков [вещества] вокруг сверхмассивных чёрных дыр".

Исследователи рассмотрели и другие процессы, которые могли бы привести к подобной вспышке. Что, если она является проявлением активности самого квазара? Авторы проанализировали поведение J1249+3449 за последние 15 лет. Оказалось, что вероятность того, что он самостоятельно породил подобную вспышку именно в нужный момент, составляет менее 0,01%.

Маловероятны и другие альтернативные сценарии. Так, событие с вероятностью 0,1% могло оказаться разрушением звезды. Едва ли оно могло быть и вспышкой сверхновой.

Впрочем, главная проверка впереди. Чёрная дыра, образовавшаяся в результате столкновения, покинула облако вещества, окружающее её сверхмассивную "коллегу". Но, по расчётам экспертов, через несколько лет сверхмассивная чёрная дыра снова притянет к себе эту беглянку. Та снова прошьёт облако материи насквозь, и в результате произойдёт новая вспышка. Если астрономы вовремя подключат к её изучению другие телескопы, помимо ZTF, можно будет изучить событие подробнее и окончательно установить его природу.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о вспышке на месте столкновения нейтронных звёзд. Кроме того, мы писали о впечатляющем световом шоу, сопровождавшем столкновение обычных светил.