Астрофизики впервые обнаружили убедительные доводы в пользу того, что слияние пары черных дыр может сопровождаться электромагнитной вспышкой. На это указывают сопоставленные между собой данные детектора гравитационных волн и наземного оптического телескопа: после того, как первый зарегистрировал гравитационное событие (вероятнее всего — от слияния черных дыр), второй сфотографировал всплеск излучения в той же области неба. Работа опубликована в Physical Review Letters.
Гравитационные волны возникают при любом движении материи с переменным ускорением. Величина этих возмущений пропорциональна массе тела, которое генерирует колебания, и обычно очень мала: чтобы амплитуда волны стала существенной (то есть доступной для регистрации), ее должен производить тяжелый объект. Современные гравитационные детекторы способны улавливать сигналы, возникающие при слиянии компактных массивных тел — нейтронных звезд или черных дыр.
Наблюдение столкновений черных дыр обычно затруднено тем, что такие события происходят в очень разреженных областях космоса, а потому не сопровождаются электромагнитным излучением — основным на сегодняшний день источником астрофизических данных. Тем не менее, возможны ситуации, когда слияние черных дыр происходит в окружении плотных облаков материи — например, в аккреционном диске активного ядра галактики — сверхмассивной черной дыры. Как показали недавние исследования, в этом случае столкновение может приводить к электромагнитной вспышке, которая вызвана столкновениями потоков газа после слияния.
Ученые из Великобритании, Израиля и США под руководством Мэтью Грэхэма (Matthew Graham) из Калифорнийского технологического института обработали архивные наблюдения в поисках всплесков изучения, сопровождающих столкновения черных дыр. Для этого астрофизики воспользовались данными детектора LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), который в период с 1 апреля по 30 сентября 2019 идентифицировал 21 событие как вероятное слияние черных дыр. Среди них авторы выделили те столкновения, которые происходили вблизи активных ядер галактик, после чего обратились к наблюдениям телескопа Самуэля Ошина в Паломарской обсерватории в Калифорнии. Ученые включали в выборку те снимки электромагнитных вспышек, которые локализованы в том же регионе неба, что и гравитационное событие, и произошли не позднее, чем через 60 суток после регистрации столкновения в LIGO.
В результате исследователям удалось выделить в наблюдениях вспышку, которая, вероятно, была последствием слияния черных дыр — всплеск электромагнитного излучения ZTF19abanrhr вблизи активного галактического ядра J124942.3+344929 произошел спустя 34 дня после гравитационного события S190521g, локализованного в том же регионе.
Авторы подчеркивают, что гравитационные волны детектор зарегистрировал 21 мая 2019 года, и на момент написания работы событие еще не получило окончательного подтверждения от LIGO: то есть пока что это лишь предположительное слияние черных дыр. Тем не менее, на основе продолжительности (около 40 дней) и энергии (суммарно порядка 1051 эрг) вспышки ученым удалось с достоверностью свыше 99,9 процента исключить ряд других возможных причин ее возникновения. Так, маловероятными оказались всплеск собственной активности галактического ядра, вспышка сверхновой, микролинзирование и разрушение звезды под действием тяготения сверхмассивной черной дыры.
Кроме того, при условии, что излучение действительно было связано со столкновением черных дыр, авторы прогнозируют еще одну вспышку в том же регионе на масштабе времени порядка 1,6 года — примерно столько потребуется продукту слияния, чтобы вернуться в область аккреционного диска и снова образовать газовые потоки. Наблюдение повторного всплеска станет дополнительным доводом в пользу такого сценария и позволит осуществить более тщательный сбор информации для дальнейших исследований.
Ранее мы рассказывали о том, как самый мощный квазар позволил получить ограничения на массы зародышей черных дыр и скорости их роста и как сверхмассивные черные дыры лишили карликовые галактики новых звезд.
Николай Мартыненко