Астрономы обнаружили тройную сверхмассивную чёрную дыру

SDSS J0849+1114 в оптическом и рентгеновском диапазонах.

Иллюстрация NASA/CXC/George Mason Univ./R. Pfeifle et al.; SDSS, NASA/STScI/перевод Вести.Наука.

Учёные открыли чрезвычайно редкий объект: тройку близких сверхмассивных чёрных дыр. Эксперты называют нынешние наблюдения самым убедительным свидетельством того, что подобные системы вообще существуют. Между тем именно они должны быть причиной грандиозных катаклизмов, порождающих гравитационные волны, – столкновений сверхмассивных чёрных дыр.

Достижение описано в научной статье, принятой к публикации в издание Astrophysical Journal. Пока же можно ознакомиться с её препринтом.

"Мы искали только пары чёрных дыр, и тем не менее благодаря нашей технике отбора мы наткнулись на эту удивительную систему, – рассказывает первый автор статьи Райан Пфайфл (Ryan Pfeifle) из Университета Джорджа Мейсона в Фэрфаксе, США. – Это самое убедительное из найденных свидетельство [существования] тройной системы активно "питающихся" (поглощающих окружающий газ и пыль – прим. ред.) сверхмассивных чёрных дыр".

Чёрные дыры расположены в центрах трёх сталкивающихся галактик. Эта тройка известна под общим обозначением SDSS J084905.51+111447.2 (сокращённо SDSS J0849+1114) и расположена примерно в миллиарде световых лет от Земли. Между тем сами "хищницы" разделены между собой дистанцией менее 30 тысяч световых лет. Для сравнения: диаметр Млечного Пути составляет около ста тысяч световых лет.

История открытия SDSS J0849+1114 напоминает научный детектив. Первое её изображение получил наземный оптический телескоп SDSS. Затем волонтёры, сортирующие изображения галактик в рамках проекта Galaxy Zoo (к которому, кстати, может присоединиться любой желающий), опознали в ней систему сталкивающихся галактик.

Эстафету подхватил космический инфракрасный телескоп WISE. Он зафиксировал, что система интенсивно испускает инфракрасное излучение. Это говорило о том, что в ней присутствует как минимум одна сверхмассивная чёрная дыра, активно поглощающая окружающее вещество.

Чтобы, так сказать, поймать обжору с поличным, астрономы обратились к данным орбитальных рентгеновских инструментов Chandra и NuSTAR. Выяснилось, что в центре каждой из трёх звёздных систем сияет яркий рентгеновский источник. По всем признакам это были сверхмассивные чёрные дыры в процессе трапезы.

Исследователи задействовали также наземный телескоп LBT, работающий в оптическом и ближнем инфракрасном диапазоне. Спектральные линии, полученные с его помощью и с помощью SDSS, подтвердили, что в центре каждой из трёх галактик на чёрную дыру падают огромные массы вещества.

Двойные, а тем более тройные сверхмассивные чёрные дыры – чрезвычайно редкий улов. Во-первых, они, по-видимому, редко образуются. Во-вторых, их трудно наблюдать, поскольку такие объекты, как правило, скрыты от земных наблюдателей и их техники плотными облаками газа и пыли.

Инфракрасные изображения, полученные WISE, и рентгеновские, созданные Chandra, а также инфракрасные спектры от LBT позволили обойти эту проблему. Ведь инфракрасное, а тем более рентгеновское излучение гораздо лучше проходит сквозь завесу пыли и газа, чем видимый свет.

"Благодаря использованию этих обсерваторий мы нашли новый способ выявления тройных сверхмассивных чёрных дыр. Каждый телескоп даёт нам собственные подсказки о том, что происходит в этих системах, – говорит Пфайфл. – [Теперь] мы надеемся продолжить работу, чтобы найти больше троек, используя ту же технику".

Тройные системы из этих монстров очень интересуют астрономов, поскольку именно влияние третьей чёрной дыры может заставить две другие столкнуться.

Это так называемая проблема последнего парсека. Две сверхмассивные хищницы, обращаясь вокруг общего центра масс, могут постепенно приближаться друг к другу. Но последние несколько световых лет они будут преодолевать очень долго даже по астрономическим меркам. Нужен дополнительный толчок, чтобы они наконец столкнулись и слились, породив всплеск гравитационных волн.

Такие волны имеют слишком низкую частоту для действующих детекторов LIGO и VIRGO. На них фиксируются столкновения чёрных дыр, имеющих массу в несколько солнечных, а отнюдь не сверхмассивных. Однако эхо галактических катаклизмов будет доступно для космического инструмента LISA, запуск которого намечен на 2034 год.

Кроме того, астрономы надеются обнаружить такие гравитационные волны по воздействию, которое они должны оказывать на сигнал радиопульсаров.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о рекордно тесной паре сверхмассивных чёрных дыр.