До столкновения остались считанные годы: двойной удар из бездны — телескопы засекли второго «монстра» в ядре Маркарян 501

Астрономы зафиксировали необычное явление. Из центра далекой галактики вырвался второй поток вещества. Это весомый аргумент в пользу того, что пара сверхмассивных черных дыр стремительно сближается.

Они вращаются по очень тесной орбите. Такая конфигурация приближает систему к финальному слиянию. Ученые не исключают: мы сможем наблюдать этот космический катаклизм уже в ближайшие десятилетия. Итоги исследования опубликованы в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Двойной удар из ядра

Рядом с давно известным джетом (выбросом плазмы) в центре галактики Маркарян 501 появился еще один. Оба луча бьют из одной компактной области. Сильке Бритцен из Института радиоастрономии им. Макса Планка изучила многолетние радионаблюдения. Она напрямую связала двойные струи с бурной активностью в переполненном ядре.

Специалисты заметили повторяющиеся скачки яркости. Их структура меняется с четким 121-дневным циклом. Именно так и должны вести себя два массивных объекта, кружащих друг вокруг друга.

Такая закономерность оставляет мало вариантов. Скорее всего, перед нами бинарная система на финишной прямой. Но полной уверенности пока нет — нужны дополнительные наблюдения.

Почему раньше не замечали второго луча?

Маркарян 501 относится к блазарам. Это значит, что его ядро направлено почти прямо на Землю. Первый луч выглядит аномально ярким. Свет усиливается из-за эффекта «прожектора»: вещество несется к нам с околосветовой скоростью.

Именно это выравнивание помогло астрономам заметить один джет еще много лет назад. Второй, более слабый сигнал, долго оставался в тени. Блазар будто специально прячет свою сложную структуру. Яркая вспышка просто заглушала соседние детали на протяжении десятилетий.

Техника наблюдения и первые результаты

Команда перепроверила снимки за 12 лет — с 2011 по 2023 год. Всего 83 сеанса наблюдений. Вместо того чтобы начинать с нуля, ученые взяли готовые высокочастотные радиоизображения. Их получили с помощью системы Very Long Baseline Array. Это десять связанных антенн, разбросанных по всей Америке — от Гавайев до Новой Англии.

Совместная работа антенн позволила прояснить картинку. Даже с огромного расстояния удалось различить детали у активного центра галактики. Без такой долгой записи странный изгиб второго луча списали бы на шум.

Яркость ядра росла и падала с тем самым 121-дневным ритмом.

Второй луч проявлялся многократно — строго по циклу.

Нашлось и семилетнее колебание: вся внутренняя структура плавно меняет угол.

Модель слияния: когда ждать финала?

В разработанной модели короткий ритм (121 день) отвечает за движение самих дыр. Более длинный период (семь лет) описывает наклон их орбиты. Это важно, потому что модель предсказывает: окончательное столкновение случится примерно через 100 лет. Срок достаточно короткий, чтобы мы успели заметить предвестники катастрофы.

24 июня 2022 года радиотелескопы показали нечто необычное. Второй луч вдруг искривился, образовав частичное кольцо.

Как это объяснить? Гравитация способна искривлять свет. Явление гравитационного линзирования создает дуги при удачном выравнивании. Известная центральная черная дыра, возможно, исказила свет от вещества, движущегося за ее спиной в нашу сторону. Это отлично вписывается в картину с двумя черными дырами. Но одного снимка мало для окончательного вердикта.

Осторожность коллег и альтернативы

Независимые астрономы встретили новость скептически. Прежние кандидаты в двойные системы часто меркли при поступлении новых данных.

Струи могут вводить в заблуждение. Яркий газ, угол обзора и ограниченное количество снимков порой складываются в ложную картину. Сейчас более безопасный вариант — признать двойную систему «вполне приемлемой». Но наличие второго луча делает этот вариант трудноигнорируемым.

«Есть надежда», — заметила Бритцен. Будущие испытания либо подтвердят, либо опровергнут гипотезу. Нужен только тщательный мониторинг.

Почему это важно для гравитационных волн?

Современные детекторы гравитационных волн ловят крошечные растяжения пространства-времени. Они ворвались в астрономию в 2015 году, когда обсерватории засекли слияние черных дыр. Но те дыры были куда меньше. Их финальный сигнал длился меньше секунды.

Слияние в Маркаряне 501 — совсем другая история. Каждая из двух черных дыр тянет на 100 миллионов — миллиард Солнц. Это гиганты. Их столкновение породило бы невероятно мощный сигнал. К сожалению, он придется на низкие частоты, недоступные наземным установкам.

Но есть лазейка.

Как пульсары помогут раскрыть тайну?

Ученые используют синхронизацию пульсаров (PTA). Это сети звездных часов, за которыми наблюдают с Земли. Пульсары посылают устойчивые радиоимпульсы. Проходящие гравитационные волны слегка меняют время их прихода — тут нужны годы кропотливых измерений.

Свежие результаты уже показывают: в нашей галактике присутствует общий низкочастотный сигнал от десятков пульсаров. Метод работает.

Если волны именно от Маркаряна 501 удастся выделить отдельно, он станет не просто фоновым шумом, а полноценным именованным источником.

Что будет в ближайшие 10 лет?

Главный вопрос: сократится ли тот самый 121-дневный ритм в радиоядре?

Если интервал между циклами начнет уменьшаться — черные дыры теряют энергию и неумолимо сближаются. Гравитация уносит эту энергию.

Если период останется прежним или вовсе исчезнет — придется искать иное объяснение второму лучу.

В любом случае, эта галактика чрезвычайно ценна. Даже «неудача» позволит понять, как именно струи могут обманывать астрономов в активных галактиках.

Маркарян 501 дает редкий шанс. Мы сможем одновременно проверить свет, пульсарную синхронизацию и гравитацию в масштабах, сравнимых с человеческой жизнью. Подтверждение превратит далекую галактику в лабораторию, где разворачивается финальный акт слияния гигантских черных дыр.

Фото: freepik.com