Астрономы впервые нашли «вторую струю» в ядре блазара Mrk 501 и заподозрили пару сверхмассивных черных дыр
Международная группа ученых под руководством Института радиоастрономии имени Макса Планка сделала неожиданное открытие при наблюдении за хорошо изученным блазаром Mrk 501. Оказалось, что в его центре бьют не одна, а сразу две струи плазмы, или джета. Это заставило исследователей пересмотреть природу этого объекта и предположить, что там скрывается пара сверхмассивных черных дыр, вращающихся друг вокруг друга.
Mrk 501 давно известен своей загадочностью: его радиоизлучение на малых и больших масштабах ориентировано совершенно по-разному, и стандартные модели не могли этого объяснить. Чтобы разобраться, команда проанализировала 83 набора данных, полученных за 12 лет с помощью сети телескопов VLBA на частоте 43 ГГц, и сравнила их с более ранними наблюдениями на более низких частотах.
Результат превзошел ожидания. Помимо давно известного джета, обозначенного как Jet 1, ученые обнаружили второй — Jet 2. Самое удивительное, что эта вторая струя начинается не там, где обычно, а с противоположной стороны от центрального ядра, а затем начинает двигаться вокруг него против часовой стрелки. В некоторые моменты, например в июне 2022 года, Jet 2 даже выгибается в дугу, напоминающую так называемое «кольцо Эйнштейна» — эффект гравитационного линзирования, когда массивный объект искривляет свет от источника, находящегося позади него.
Движение джетов оказалось непростым. Вся система струй на высоких частотах (43 ГГц) смещена по часовой стрелке относительно того, что видно на более низких частотах (15 и 8 ГГц). Более того, поперечные колебания всей структуры происходят с периодом около 7 лет, и примерно такой же период (7,4 года) ученые нашли в изменениях общего потока излучения. А в пульсации самого ядра, возможно, присутствует и более короткий ритм — около 121 дня.
Что может создавать такую сложную, почти «танцующую» картину? Авторы статьи перебрали другие возможные объяснения — например, нестабильности в самой струе или эффекты смещения ядра на разных частотах. Но ни одно из них не объясняет все факты сразу: наличие двух струй, их регулярное движение вокруг ядра и даже подозрение на гравитационное линзирование.
Поэтому исследователи склоняются к тому, что в центре Mrk 501 находится двойная система сверхмассивных черных дыр. Первая, более массивная черная дыра создает привычный джет Jet 1 и служит «линзой». Вторая, меньшая, обращается вокруг нее против часовой стрелки с периодом около 121 дня, порождая струю Jet 2. А долгий 7-летний цикл — это прецессия, то есть медленное покачивание всей орбитальной плоскости, подобное тому, как покачивается волчок.
По оценкам астрономов, черные дыры в этой паре имеют массу порядка 100–800 миллионов масс Солнца каждая и разделены расстоянием всего в несколько сотен гравитационных радиусов. Увидеть их по отдельности даже самым мощным телескопам вроде Event Horizon Telescope пока не под силу — угловое расстояние слишком мало. Однако они могут быть источником гравитационных волн, которые в будущем, возможно, зарегистрируют с помощью пульсарного хронометрирования, например, на телескопе SKA.
Хотя отдельные джеты в ядрах блазаров уже пытались объяснять прецессией, до сих пор никто не видел две четкие струи одновременно. Это открытие не только разрешает давнюю загадку Mrk 501, но и дает редкую возможность «вживую» увидеть работу пары сверхмассивных черных дыр на самой поздней стадии их сближения.
Статья принята к в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.