Сверхмассивные черные дыры являются самыми крайними объектами в известной Вселенной, с массами в миллионы или даже миллиарды раз больше массы нашего Солнца. Теперь астрономы смогли изучить один из этих гигантов внутри странного, далекого квазара. Им удалось сделать удивительное открытие – она закручивается с одной третьей скоростью света.
Изучение сверхмассивной черной дыры, находящейся приблизительно в 3.5 млрд. световых лет от нас – это не просто подвиг. Но оказывается, что и сам объект является непростым: это квазар, который демонстрирует квазипериодические свечения каждые 12 лет или около того. Этот факт помог астрономам выявить его экстремальный характер.
Квазары являются чрезвычайно яркими аккреционными дисками в ядрах галактик, управляемые обильным количеством материи, попавшей в центр сверхмассивной черной дыры. Подавляющее большинство галактик, как полагают, содержит сверхмассивные черные дыры. Правда современные галактики успокоились, и квазары больше не светят. Но складывается совсем другая история для галактик, которые находятся в миллиардах световых лет от Земли.
Объект в центре странного квазара под названием OJ287 «весит» примерно 18 миллиардов солнечных масс и является одной из самых больших сверхмассивных (или ультрамассивных) черных дыр в известной Вселенной. Интересно, что он также является одним из наиболее хорошо изученных квазаров, поскольку расположен в непосредственной близости от видимого пути движения Солнца по небу, как видно с Земли – область, где регулярно проводятся исторические поиски астероидов и комет. Таким образом, по счастливой случайности астрономы имеют более 100 лет наблюдений данных по яркости OJ287, что позволяет им предсказать, когда произойдут следующие факельные моменты.
При более тщательном осмотре событий свечения, которые произошли в последние десятилетия, астрономы понимают, что вместо единичного осветляющего события, происходящего каждые 12 лет, осветление на самом деле представляет собой двойной пик, предоставляя ключ к пониманию того, что может быть его причиной.
Маури Валтонен из университета Турку, Финляндия, и его международная команда использовали несколько оптических телескопов по всему миру в сочетании с рентгеновским космическим телескопом НАСА СВИФТ (SWIFT), чтобы понять, что эти 12-летние дважды осветляющих события вызваны меньшей черной дырой вращающейся вокруг OJ287. Валтонен является ведущим автором исследования, опубликованного в журнале Astrophysical Journal (Журнал Астрофизиков).
Массивная черная дыра имеет очень горячий аккреционный диск – ключевой компонент квазара. Материал накапливается в диске и втягивается в черную дыру, подпитывая ее. По пути материал диска нагревается и испускает мощное электромагнитное излучение. Меньшая черная дыра и партнер OJ287, который сам по себе еще и весит как 100 масс Солнца (все еще огромная черная дыра!), имеющий сильно вытянутую орбиту, раскачивается близко к более массивной черной дыре каждые 12 лет. Во время наибольшего сближения, меньшая черная дыра «выплескивается» в аккреционный диск OJ287 во время покачивания и еще раз, когда она раскачивается вокруг дальней стороны черной дыры, создавая два различных сжигания, как показывает эта диаграмма:
Это периодическое близкое столкновение подогревает аккреционный материал диска сверхмассивной черной дыры, быстро нагревая его дважды непосредственно друг за другом. Это то, что приводит к появлению странных уярчений (свечений) в OJ287 каждые 12 лет.
Получив эту модель двойной черной дыры, исследователи смогли предсказать, когда должно было произойти последнее событие. Последнее просветление произошло 18 ноября 2015 года, всего за несколько дней до предсказания Валтонена, подтверждая модель двойной черной дыры его команды. Но с помощью этих наблюдений, вращение сверхмассивной черной дыры также может быть вычислено и оно быстрое. Данные команды показывают, что она вращается на треть скорости света.
Интересно, что на основе исторических данных OJ287, команда также смогла вычислить, сколько энергии теряется из системы с помощью гравитационных волн. Конечно, гравитационные волны в настоящее время – очень интригующая тема, ведь впервые их обнаружили благодаря LIGO только в прошлом месяце. Это обнаружение LIGO не только подтвердило общую теорию относительности Эйнштейна, но и непосредственно подтвердило существование 2 черных дыр, сливающихся в одно целое.
Хотя гравитационные волны OJ287 слишком слабы, чтобы быть обнаруженными с помощью современного поколения детекторов гравитационных волн (ведь источник слишком далек), то 18 ноября осветление квазара служит закреплением праздника теории Эйнштейна, которую он представил почти 100 лет назад 25 ноября 1915 года.