Головна > Наука

Вперше виявлено пару надмасивних чорних дір, що зіллються за 100 років

Сьогодні,   17:54    321

У серці далекої галактики відбувається щось небачене в науці. Два велетні з масами від 100 мільйонів до мільярда сонячних мас кружляють один навколо одного на неймовірній близькості — і, за прогнозами вчених, зіллються в одну надмасивну чорну діру вже через орієнтовно 100 років. Це може стати першим злиттям надмасивних чорних дір, яке людство спостерігатиме в режимі реального часу. У новому дослідженні, опублікованому phys.org і прийнятому до друку в журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, міжнародна команда під керівництвом Інституту радіоастрономії Макса Планка (MPIfR) у Бонні представила перший прямий доказ такої пари.

Що відомо коротко:

  • Відкриття зроблене у галактиці Маркаріан 501 (Mrk 501) у сузір’ї Геркулеса, за 460 мільйонів світлових років від Землі.
  • Спостереження охоплюють 23 роки радіоданих, зібраних на десятках сеансів у різних діапазонах.
  • Дві чорні діри обертаються одна навколо одної з орбітальним періодом близько 121 дня.
  • Відстань між ними становить лише 250–540 астрономічних одиниць — мізер за космічними мірками.
  • У червні 2022 року система сформувала кільце Ейнштейна — рідкісний ефект гравітаційного лінзування.

Що таке надмасивна чорна діра і чому їх злиття важливе

Надмасивна чорна діра — об’єкт з масою від мільйона до мільярдів мас Сонця, що знаходиться в центрі майже кожної великої галактики. У центрі нашого Чумацького Шляху — Стрілець A* масою ~4,5 млн сонячних. Але як вони досягли таких розмірів? Вчені вважають, що головний механізм — злиття. Галактики зіштовхуються, їхні центральні чорні діри зближуються і зрештою зливаються в одну.

Проте останній етап цього процесу — коли дві надмасивні чорні діри вже обертаються дуже близько одна навколо одної — досі ніхто ніколи не спостерігав прямо. Теорія передбачає такі пари, але виявити їх надзвичайно важко: окремо їх неможливо розрізнити на зображенні, а непрямі ознаки можна інтерпретувати по-різному. Mrk 501 змінює ситуацію.




Останні новини:  Нове дослідження розкриває еволюцію зору людини: від одного ока на темені до двох парних очей

Деталі відкриття: два джети замість одного

Чорна діра в центрі Mrk 501 давно відома як блазар — вона викидає потужний релятивістський джет (струмінь частинок, що рухаються майже зі швидкістю світла) прямо в бік Землі. Саме тому галактика виглядає особливо яскраво і є одним із найдобре вивчених об’єктів свого класу.

Але аналіз 23-річного масиву радіоспостережень виявив дещо несподіване: не один, а два джети — з двох різних точок у ядрі. Перший, давно відомий, спрямований на Землю. Другий — орієнтований інакше і залишався непоміченим. За кілька тижнів спостережень другий джет помітно змінив форму: він починався за першою чорною дірою і рухався проти годинникової стрілки навколо неї, повторюючи цикл.

«Оцінка даних нагадувала перебування на кораблі. Вся система джетів перебуває в русі. Систему двох чорних дір можна пояснити тим, що орбітальна площина коливається», — пояснює Зільке Брітцен, керівниця дослідження з MPIfR.

У червні 2022 року відбулось щось вражаюче: система вишикувалась прямо на Землю, і одна чорна діра виступила гравітаційною лінзою для другої — їхнє випромінювання сформувало кільцеподібну форму, відоме як кільце Ейнштейна. Це рідкісний ефект, передбачений загальною теорією відносності, і його наявність є додатковим підтвердженням геометрії подвійної системи.

Що показали нові спостереження

Аналізуючи повторювані патерни яскравості і руху джетів, команда відтворила орбітальну динаміку системи. Дві чорні діри обертаються одна навколо одної кожні ~121 день, перебуваючи на відстані лише 250–540 а.о. — від 37 до 81 мільярда кілометрів. За космічними стандартами це означає, що вони вже у фінальному зближенні.

За розрахунками, злиття може відбутись вже через ~100 років — в астрономічних термінах це майже миттю. Це значить, що наші нащадки стануть свідками однієї з найбільш драматичних подій у Всесвіті.

«Якщо гравітаційні хвилі будуть виявлені, ми навіть зможемо спостерігати, як їхня частота поступово зростає по мірі того, як два гіганти спіралю до зіткнення — це рідкісна нагода спостерігати злиття надмасивних чорних дір у режимі реального часу», — зазначає співавтор Гектор Олівареc з Інституту Макса Планка.

Останні новини:  Транспортні затори підіймають температуру вулиць і це новий вимір міської теплової кризи

Це також пов’язує знахідку з картою гравітаційно-хвильового фону: у 2023 році Pulsars Timing Array вперше зафіксували фоновий шум гравітаційних хвиль — і тепер Mrk 501 є найбільш конкретним кандидатом на роль одного з його джерел.

Чому це важливо для науки

Це відкриття заповнює велику прогалину в теорії еволюції галактик. Ми знаємо, що надмасивні чорні діри ростуть, зливаючись — але фінальна фаза цього процесу була для нас «сліпою зоною». Тепер вперше є прямий об’єкт для вивчення.

Крім того, злиття такого масштабу генерує низькочастотні гравітаційні хвилі, які наземні детектори типу LIGO не здатні вловити. Але майбутній космічний детектор LISA — заплановий проект ЄКА з запуском у 2035 році — якраз і розрахований на такі частоти. Якщо все піде за планом, LISA може «почути» Mrk 501 ще до того, як відбудеться саме злиття.

Відкриття також кидає нове світло на те, як злиття чорних дір супроводжуються електромагнітними спалахами — явище, яке тепер можна буде вивчати в режимі очікуваного реального події.

🕳 Цікаві факти

  • Надмасивні чорні діри у Mrk 501 мають від 100 мільйонів до мільярда сонячних мас кожна — для порівняння, Стрілець A* у центрі Чумацького Шляху важить «лише» 4,5 млн мас Сонця.
  • Кільце Ейнштейна, зафіксоване у червні 2022 року, — це явище, передбачене загальною теорією відносності у 1936 році: масивний об’єкт на лінії зору між нами і джерелом світла «вигинає» простір і перетворює точкове джерело на яскраве кільце. За даними NASA, у всьому небі відомо менше 100 таких кілець.
  • Гравітаційний фон від злиттів надмасивних чорних дір по всьому Всесвіту вперше задетектували у 2023 році European Pulsar Timing Array — вимірюючи мікроскопічні зміни у пульсах мілісекундних пульсарів.
  • До виявлення Mrk 501 близькі пари надмасивних чорних дір були лише теоретичним передбаченням — жодного прямого знімка такої системи в кінцевій фазі злиття людство не мало. Це справжня «перша в роді».
Останні новини:  NASA сфотографувало смертоносну зелену масу що задушила водосховище ПАР

❓ FAQ

Чи загрожує злиття у Mrk 501 Землі? Ні. Галактика знаходиться за 460 мільйонів світлових років від нас. Навіть якщо злиття станеться, будь-які небезпечні ефекти розсіяться задовго до того, як досягнуть Сонячної системи. Гравітаційні хвилі від злиття будуть безпечними і вкрай слабкими на відстані Землі.

Як вченим вдалося виявити другу чорну діру, якщо вона «невидима»? Прямо другу чорну діру не видно — але видно її джет. Кожна активна чорна діра, що поглинає матерію, утворює струмінь релятивістських частинок. Аналізуючи рух і форму цього другого джету протягом 23 років, вчені відновили всю геометрію системи.

Коли ми зможемо «почути» гравітаційні хвилі від Mrk 501? Наземні детектори (LIGO, Virgo) на це нездатні — частоти занадто низькі. Космічний детектор LISA, запланований на 2035 рік, матиме чутливість у потрібному діапазоні. Якщо злиття відбудеться у межах наступного сторіччя, LISA зможе зафіксувати сигнал.

Дві надмасивні чорні діри у Mrk 501 обертаються одна навколо одної кожні 121 день — коротше, ніж наш рік. Для об’єктів масою мільярд сонячних мас це вимагає колосальних швидкостей і абсолютно немислимих гравітаційних сил. При цьому відстань між ними — приблизно 250–540 відстаней від Землі до Сонця — в масштабах галактики менше, ніж відстань між двома сусідніми зірками. Це не просто «близько» за космічними мірками. Це безпосередньо на порозі об’єднання — і ми вперше в людській історії бачимо це своїми телескопами.

Вперше виявлено пару надмасивних чорних дір, що зіллються за 100 років з’явилася спочатку на Цікавості.


cikavosti.com