Космические маяки зажглись: Астрономы открыли двойные системы черных дыр «Гондор» и «Рохан»

Когда в «Властелине колец: Возвращение короля» зажглись маяки, Гондор призвал на помощь Рохан, что предрешило гибель Саурона и его легионов. Однако, когда «зажглись» маяки двойных систем сверхмассивных черных дыр, названных в честь этих локаций из романов Дж.Р.Р. Толкина, это оказалось исключительно хорошей новостью для ученых.

Двойные системы сверхмассивных черных дыр Гондор (официальное обозначение SDSS J0729+4008) и Рохан (SDSS J1536+0411) были обнаружены обсерваторией NANOGrav (Североамериканская наногерцовая обсерватория гравитационных волн) с помощью новой техники. Этот метод использует фоновый гул ряби пространства-времени — гравитационные волны — в сочетании с наблюдениями квазаров, которые питаются активно поглощающими материю сверхмассивными черными дырами.

Логика этого подхода такова: двойные системы сверхмассивных черных дыр, которые закручиваются по спирали навстречу друг другу, чтобы в итоге столкнуться и слиться, испускают гравитационные волны. По мере сжатия их орбит частота этих волн возрастает, создавая тот самый фоновый гул. Причем вероятность обнаружить готовящиеся к слиянию черные дыры в квазарах оказалась в пять раз выше.

Сверхмассивные черные дыры в центрах сталкивающихся галактик будут сближаться по спирали до тех пор, пока не сольются, высвобождая титаническую волну энергии. (Image credit: NASA)

Это превращает квазары в своеобразные маяки, указывающие на грядущее объединение сверхмассивных черных дыр. Если такой маяк излучает гравитационные волны, подобно зажженным маякам Гондора, это означает, что в его центре находится двойная система черных дыр. Таким образом, новая техника обнаружения дает ученым метод для создания космической карты этих сливающихся титанов.

«Наше открытие дает научному сообществу первые конкретные ориентиры для разработки и тестирования протоколов обнаружения отдельных непрерывных источников гравитационных волн», — заявила в своем сообщении участница команды NANOGrav Кьяра Мингарелли.

Мингарелли и ее коллеги охотились за двойными системами сверхмассивных черных дыр, используя свой новый подход, в 114 активных ядрах галактик (AGN). Это яркие центральные области галактик, где сверхмассивные черные дыры жадно поглощают окружающий газ и пыль.

Мингарелли объяснила необычный выбор названий для этих черных дыр: «Имена пришли как от людей, так и из поп-культуры. Сначала был Рохан, в честь Рохана Шивакумара, студента Йеля, который первым проанализировал эту систему, а следующим стал Гондор, потому что, ну... маяки зажглись!»

NANOGrav, которая впервые обнаружила фон гравитационных волн в 2023 году, потратит ближайшие месяцы на поиск и идентификацию новых двойных систем сверхмассивных черных дыр. Команда считает, что даже относительно небольшой каталог слияний черных дыр может помочь создать карту фона гравитационных волн. Это исследование также поможет ученым лучше понять процессы слияния галактик, физику черных дыр и природу самих гравитационных волн.

«Наша работа заложила основу для создания системной схемы обнаружения двойных систем сверхмассивных черных дыр, — добавила Мингарелли. — Мы провели систематический целенаправленный поиск, разработали строгий протокол, и две цели оказались на вершине списка, став примерами, мотивирующими к дальнейшим наблюдениям».

Результаты работы команды были опубликованы 5 февраля в The Astrophysical Journal Letters.

Открытие систем «Гондор» и «Рохан» знаменует собой важный шаг на пути к созданию гравитационно-волновой карты Вселенной. Каждое такое обнаружение позволяет астрономам не только подтвердить существование тесных двойных систем, но и проверить теории эволюции галактик. В будущем, объединяя данные наземных телескопов и пульсарных временных решеток, ученые надеются регистрировать гравитационные волны от этих объектов практически в реальном времени, что откроет новую эру в многоканальной астрономии и позволит нам буквально «услышать» танец этих невообразимо далеких и массивных гигантов.