Пары сверхмассивных черных дыр оказались частыми обитателями центров радиогалактик

Астрономы из Университета Хертфордшира обнаружили, что у 24 из 33 активных радиогалактик с джетами есть свидетельства существования двойных сверхмассивных черных дыр в центре. На это указало постепенное изменение (прецессия) направления выбросов вещества из центров галактик. По словам ученых, это может означать, что двойные сверхмассивные черные дыры —довольно частое явление во Вселенной. Кроме того, исследователям удалось оценить возможные массы этих двойных систем и выяснить, что с помощью современных гравитационно-волновых детекторов будет практически невозможно заметить испускаемые ими гравитационные волны. Статья опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Современная теория эволюции галактик в качестве одного из возможных механизмов набора массы рассматривает слияния галактик. Согласно теоретическим моделям, такие события должны приводить к образованию двойных систем из сверхмассивных черных дыр в центрах объединенных галактик. Свидетельства существования двойной сверхмассивной черной дыры были обнаружены, например, в квазаре PG 1302−102, но до сих пор было неясно, насколько это часто встречающиеся объекты. Поиски новых двойных черных дыр помогут уточнить модели эволюции галактик, а также выяснить условия, в которых происходит образование звезд.

Один из способов поиска двойных сверхмассивных черных дыр основан на детектировании гравитационных волн, порождаемых ими. Как и любые другие массивные объекты, вращающиеся по спиральным траекториям, черные дыры порождают волны колебания метрики пространства-времени. Именно такие волны были зарегистрированы коллаборациями LIGO и VIRGO 14 сентября 2015 года — их произвели две сближающиеся черные дыры за несколько секунд до столкновения.

Другой способ поиска таких объектов основан на исследовании их ближайшего окружения. В случае, когда сверхмассивные черные дыры стягивают вещество на себя, образуются аккреционные диски и джеты — потоки выбрасываемого вещества. Согласно теоретическим моделям авторов новой работы, если материя стягивается не одной, а сразу двумя близко расположенными сверхмассивными черными дырами, то направление джета прецессирует, меняет направление. Это в том числе сказывается и на наблюдаемой форме джета — его асимметрии и несовпадении осей, проведенных через выбросы, находящиеся далеко от черной дыры, и через более близкие выбросы материи.

Группа Мартина Краузе исследовала поведение джетов 33 активных галактик, наблюдавшихся массивами радиотелескопов  (VLA и MERLIN) в течение многих лет. Эти приборы обладают огромным разрешением благодаря так называемой синтезированной апертуре — схеме съемки, при которой весь массив одиночных радиотелескопов используется как один большой телескоп с диаметром главного зеркала в несколько километров. Для 24 галактик астрономы обнаружили наличие прецессии. К примеру, ученые показали, что в радиогалактике Лебедь А наблюдаются характерные искажения формы джетов. Эти данные помогли исследователям оценить массы черных дыр и амплитуду гравитационных волн, испускаемых ими.

По словам Краузе, это первое систематическое исследование, сравнивающее высокоточные карты мощнейших радиогалактик с данными компьютерного моделирования. «Мы были поражены тем, что следы прецессии джетов обнаружились в трех четвертях всех изученных радиогалактик».

Авторы оценили шансы детектирования гравитационных волн от предполагаемых двойных сверхмассивных черных дыр. Оказалось, что даже такой детектор, как SKA («массив радиотелескопов площадью квадратный километр»), пытающийся обнаружить гравитационные волны на основе сбоев в тайминге пульсаров, не способен их зафиксировать — не хватает по меньшей мере порядка чувствительности. Единственный источник, гравитационные волны которого могут быть различимы современными детекторами — черные дыры в галактике М87. Однако, по словам астрономов, М87 — наименее вероятный кандидат на наличие двойной сверхмассивной черной дыры из 24 обнаруженных.

Ранее группа Майкла Треммеля из Центра астрономии и астрофизики в Йеле теоретически предсказала, что в крупных спиральных галактиках типа Млечного Пути могут существовать сразу несколько черных дыр, блуждающих по звездной системе.

Владимир Королёв