Впервые замечен световой сигнал от слияния черных дыр?

Используя установку Zwicky Transient Facility в Паломарской обсерватории в Калифорнии, ученые, возможно, заметили световой сигнал, возникший в результате слияния двух черных дыр. Последний был обнаружен в мае 2019 года двумя детекторами гравитационных волн, LIGO и Virgo, что позволило определить местоположение возможного светового сигнала, порожденного этим событием. Если это подтвердится, то это будет первая известная световая вспышка от сливающейся пары черных дыр.

По своей природе черные дыры не видны через традиционные инструменты наблюдения. Их гравитационное притяжение настолько сильно, что ни материя, ни свет не ускользают от них. Единственный способ обнаружить столкновение двух черных дыр - это зафиксировать сопутствующие гравитационные волны - колебания в кривизне пространства-времени, вызванные жестоким "столкновением" этих космических монстров.

С момента первого обнаружения гравитационных волн в 2015 году исследователями из Обсерватории гравитационных волн лазерного интерферометра (LIGO) было обнаружено несколько столкновений — между черными дырами или нейтронными звездами — благодаря сигналам, создаваемым гравитационными волнами. Но теоретики предложили другой путь наблюдения, предположив, что слияние двух черных дыр также может вызвать светящийся и, следовательно, наблюдаемый сигнал.

Самое мощное на сегодняшний день столкновение черных дыр

Как показало слияние нейтронных звезд, наблюдавшееся в 2017 году многими обсерваториями, события слияния с участием массивных объектов, вероятно, генерируют электромагнитное излучение. Используя Zwicky Transient Facility (ZTF) - широкоугольный астрономический обзор неба, оснащенный камерой, предназначенной для обнаружения переходных объектов с быстро меняющейся яркостью - команда астрономов из Паломарской обсерватории в Калифорнии считает, что они обнаружили световой сигнал от слияния черных дыр, как и предсказывала теория.

Гравитационная волна, порожденная этим событием, была обнаружена 21 мая 2019 года; излучаемая на расстоянии около 16 миллиардов световых лет от Земли, она возникла в результате столкновения, названного GW190521g, в котором, по мнению команды, участвовали две черные дыры. Астрономы использовали ZTF для сканирования космоса в поисках световых сигналов из того же места и идентифицировали электромагнитное излучение. Если это подтвердится, то это будет первый случай, когда видимый свет может быть использован в качестве доказательства столкновения двух черных дыр и создания гравитационной волны.

Согласно отчету о наблюдениях сотрудничества LIGO-Virgo, две затронутые черные дыры имели предполагаемую массу 85 и 66 солнечных масс; это самые массивные объекты, когда - либо обнаруженные командой - даже наименее массивные из них больше, чем все идентифицированные до сих пор черные дыры в результате слияния, говорится в документе. Что касается черной дыры, возникшей в результате слияния этих двух мастодонтов, она имеет массу, в 142 раза превышающую массу Солнца, причем разность масс была преобразована в энергию в виде гравитационных волн. Таким образом, она является первой "промежуточной" черной дырой (масса которой составляет от 100 до 100 000 солнечных масс), обнаруженной в гравитационных волнах.

Ученые предположили, что эти две массивные черные дыры образовались в результате слияния более мелких черных дыр. Однако этот сценарий множественного слияния предполагает, что черные дыры образовались в очень специфических средах, где несколько черных дыр находятся в непосредственной близости друг от друга (например, в плотных скоплениях звезд или дисках активных галактических ядер).

В 2019 году астрономы предположили, что обнаруженный световой сигнал может быть связан с усилением яркости или вспышкой далекого квазара - чрезвычайно яркого объекта, питаемого сверхмассивной черной дырой, масса которой в миллионы и миллиарды раз превышает массу Солнца. Основываясь на этой ассоциации, команда предположила, что слияние черных дыр произошло в газообразном диске, окружающем квазар.

Свет от квазара исходит от аккреционного диска, заполненного горячим газом и другими материалами, вращающимися вокруг черной дыры. На основе моделирования ученые пришли к выводу, что если внутри этого диска произойдет слияние двух черных дыр звездного размера, то они могут взбудоражить газ и вызвать кратковременное усиление яркости квазара - светового признака слияния.

"Мы можем многое узнать об этих двух сливающихся черных дырах и среде, в которой они находились, из этого сигнала, который они каким-то образом непреднамеренно создали. обнаружение с помощью ZTF в сочетании с тем, что мы можем узнать из гравитационных волн, открывает новый способ изучения как слияний черных дыр, так и этих дисков вокруг сверхмассивных черных дыр", — сказал Дэниел Стерн, астрофизик из Лаборатории реактивного движения НАСА и соавтор исследования, в котором сообщается об открытии.

Однако потенциальный световой сигнал, связанный с этим слиянием, еще предстоит подтвердить. Теперь астрономы надеются, что другие электромагнитные аналоги будут обнаружены по мере увеличения скорости обнаружения гравитационных волн.