Моделирование предсказало существование устойчивых двойных систем сверхмассивных черных дыр
Используя моделирование, астрофизики пришли к выводу о возможности существования двойных систем сверхмассивных черных дыр. Если такая система действительно может сформироваться, то две близкие черные дыры, находящиеся в центре галактики, должны образовывать гравитационную линзу для света, излученного аккреционным диском двойной системы, и воздействие этой линзы на распространение излучения может отличаться от влияния одной черной дыры. Физики надеются, что эту разницу в эффектах линзирования можно будет зарегистрировать с помощью телескопов следующего поколения, подтвердив или опровергнув результаты численного счета, а значит и модели формирования галактик, которые физики использовали при моделировании. Исследование опубликовано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Черные дыры сильно различаются по массе, они могут быть всего лишь в несколько раз тяжелее Солнца, а могут достигать массы 40 миллиардов солнц. Черные дыры с массами, превышающими солнечную в несколько сотен тысяч раз и более, называют сверхмассивными. Такие черные дыры находятся в центрах большинства галактик, включая Млечный Путь. Многие галактики за время своей жизни сливаются с другими галактиками, и астрономы ожидают, что сверхмассивные черные дыры из их центров могут образовать достаточно устойчивую двойную систему, в которой обе черные дыры вращаются вокруг общего центра масс.
Такой массивный объект как черная дыра, и тем более их пара, является источником очень сильного гравитационного поля, благодаря которому вокруг них образуется вращающийся аккреционный диск из галактического вещества. Разные слои вещества внутри этого диска трутся друг о друга, из-за чего диск раскаляется и интенсивно излучает электромагнитные волны. Сильное гравитационное поле черной дыры приводит также к тому, что свет, проходящий около ее горизонта, существенно отклоняется от первоначальной траектории, и если он затем приходит на Землю, то вид космических объектов, излучивших этот свет, искажается для земного наблюдателя — этот эффект называется гравитационным линзированием. До сих пор астрофизикам не было известно, можно ли по нему отличить одиночную черную дыру от двойной системы.
Чтобы выяснить, насколько часто при слиянии галактик формируются устойчивые двойные системы сверхмассивных черных дыр, и какое влияние образование этой системы оказывает на гравитационное линзирование излучения от аккреционного диска в активном галактическом ядре, группа физиков из Дании и США под руководством Розанны Ди Стефано (Rosanne Di Stefano) из Гарвардского университета провела компьютерное моделирование эволюции кластера галактик со сверхмассивными черными дырами в них.
Моделируемый кластер представлял собой объем пространства в форме куба со стороной около ста мегапарсек. В качестве начальных данных для численного счета астрофизики взяли несколько тысяч галактик, в центрах которых находились черные дыры с массами более 100 тысяч масс Солнца. При эволюции кластера многие галактики сливались друг с другом, и приблизительно в одном случае из тысячи черные дыры образовывали стабильную двойную систему, то есть такую, что характерное время изменения периода обращения черных дыр вокруг общего центра масс было существенно больше самого периода, типичная величина которого составила несколько лет.
Моделирование показало, что проще всего зарегистрировать линзирование двойной системой в случае, если ее масса составляет 108 — 109 масс Солнца, а отношение масс черных дыр в паре равно приблизительно 10 – 100. Существующие телескопы не позволят наблюдать тонкие отличия гравитационного линзирования излучения активного галактического ядра, вызванного двойной системой черных дыр от линзирования одной черной дыры, но астрофизики считают, что строящийся в настоящее время в Чили телескоп Веры Рубин позволит обнаружить от нескольких десятков до нескольких сотен двойных систем сверхмассивных черных дыр. Неопределенность здесь связана с погрешностями численного счета, сложной и не до конца понятой физикой формирования и эволюции галактик, использующейся при моделировании, а также неопределенностью параметров будущего телескопа.
Ранее мы уже писали о том, как гравитационное линзирование помогло астрономам обнаружить сверхновую, а также интенсивно излучающую в рентгеновском диапазоне галактику.
Его ширина составляет 322 километра
Астрономы оценили альбедо и форму кандидата в карликовую планету 2002 MS4 из Пояса Койпера, а также нашли на нем впадину глубиной 45,1 километра и протяженностью 322 километра — предположительно, это огромный кратер. Это удалось сделать благодаря наблюдениям покрытий объектом звезд Млечного Пути. Препринт работы опубликован на сайте arXiv.org. Покрытия звезд возникают, когда какое-либо близкое к земному наблюдателю тело, такое как астероид, планета или ее спутник, проходят на фоне звезды Млечного Пути, вызывая падение ее яркости или закрывая ее полностью. Это позволяет уточнить размеры и форму тела, его орбиту или выявить наличие колец или других структур. В частности, благодаря покрытиям звезд были открыты кольца у Урана и карликовой планеты Квавар из Пояса Койпера, а также установлена двойственность Аррокота — цели зонда New Horizons. Группа астрономов во главе с Флавией Роммель (Flavia Rommel) из Федерального технологического университета в Бразилии опубликовала результаты программы по наблюдению девяти покрытий звезд кандидатом в карликовую планету в Поясе Койпера (307261) 2002 MS4, проводившейся в период с 2019 по 2022 год при помощи ряда наземных телескопов в Южной и Северной Америке, Африке, Европе и Западной Азии. Объект был обнаружен в рамках программы отслеживания околоземных астероидов в июня 2002 года и классифицируется как представитель горячей популяции классических тел Пояса Койпера. Модель 2002 MS4, лучше всего подходящая под данные наблюдений, обладает большой полуосью 412 километров и малой полуосью 385 километров, а также оценочным геометрическим альбедо 0,1. Исследователи также обнаружили три отчетливых детали рельефа, видимых в северо-восточной части лимба: впадина, глубиной 11 километров, за которой следует возвышенность высотой 25 километров, за которой следует еще одна впадина с глубиной 45,1 километра и линейной протяженностью 322 километра. Предполагается, что если вторая впадина является ударным кратером, то это может быть самый большой кратер на транснептуновых объектах. Однако не исключена полностью модель, где возвышенность объясняется наличием спутника, хотя из данных наблюдений явно не следует присутствие у 2002 MS4 выбросов с поверхности, спутников или колец. Ранее мы рассказывали о том, как самый крупный кратер Аррокота рассказал о его ударном прошлом.
