Слияние сверхмассивных черных дыр: почему мы не видим этот феномен и что произойдет, если он случится

Во Вселенной есть множество загадок, которые заставляют нас задумываться о происхождении и будущем космоса. Одна из таких загадок — это слияние сверхмассивных черных дыр, которые обитают в центрах почти всех массивных галактик. Что происходит, когда две такие гигантские аномалии притягиваются друг к другу и начинают вращаться вокруг общего центра масс? Смогут ли они когда-нибудь сливаться в одно целое, испуская при этом мощные гравитационные волны, или останутся в вечном орбитальном танце, так и не предоставив нам возможности наблюдать это уникальное событие?

Недавно группа астрономов из Стэнфордского университета и NOIRLab NSF представила новые данные, которые могут помочь ответить на эти вопросы. Используя архивные данные телескопа Gemini North на Гавайях, они изучили самую тяжелую пару сверхмассивных черных дыр, когда-либо обнаруженную. Эта пара находится внутри эллиптической галактики B2 0402+379, которая является результатом слияния целого скопления галактик. Это единственная пара сверхмассивных черных дыр, которую удалось отобразить с достаточной детализацией, чтобы увидеть оба объекта по отдельности. Их разделение составляет всего 24 световых года, что предвещает мощное слияние. Однако астрономы обнаружили, что эта пара застряла на этом расстоянии более трех миллиардов лет, не сближаясь дальше.

Чтобы понять, почему так произошло, астрономы воспользовались спектрографом Gemini Multi-Object (GMOS) телескопа Gemini North, который позволил им определить скорость звезд в окрестности черных дыр. Таким образом, они смогли оценить общую массу черных дыр, которая оказалась равной 28 миллиардам солнечных масс. Это самая тяжелая двоичная черная дыра, когда-либо измеренная.

Это измерение дает ценный контекст для понимания динамики и судьбы этой двоичной системы. После слияния галактик сверхмассивные черные дыры не сталкиваются сразу, а начинают качаться вокруг друг друга, передавая энергию окружающим звездам. Так они приближаются друг к другу, пока не достигают критического расстояния, на котором начинает действовать гравитационное излучение и они сливаются. Этот процесс наблюдался в парах черных дыр звездной массы, но никогда не в парах сверхмассивных черных дыр.

Оказывается, что для замедления орбиты, и последующего слияния, такой тяжелой пары потребовалось бы очень много звезд и газа, которые бы действовали как тормоз. Но в процессе черные дыры выбросили почти всю материю из своей окрестности, оставив ядро галактики пустым. Без дополнительного материала, который мог бы дальше замедлить орбиту пары, их слияние застопорилось на последних этапах.

Это означает, что пара сверхмассивных черных дыр может оставаться в орбитальном затмении навсегда, если не произойдет какое-то новое событие, которое изменит их динамику. Например, еще одно слияние галактик, которое внесет в систему дополнительный материал, или появление третьей черной дыры, которая помешает стабильности орбиты пары. Однако, учитывая, что галактика B2 0402+379 является ископаемым скоплением, то есть не имеет соседей, с которыми могла бы сливаться, такие сценарии кажутся маловероятными.

Если же пара сверхмассивных черных дыр все-таки сольется, то это будет одно из самых эпических событий в истории Вселенной. При слиянии возникнут гравитационные волны, которые будут в сто миллионов раз мощнее, чем те, которые производятся слиянием черных дыр звездной массы. Эти волны могут быть зарегистрированы специальными детекторами на Земле или в космосе, которые смогут подтвердить или опровергнуть наши теории о гравитации и космологии.

Пока что мы можем только наблюдать за этой уникальной парой сверхмассивных черных дыр и пытаться понять, что же творится в их окрестностях. Астрономы планируют продолжать исследования ядра галактики B2 0402+379, чтобы определить, сколько газа присутствует там, и как это влияет на динамику пары. Также они надеются найти другие подобные пары в других галактиках, чтобы сравнить их свойства и поведение. Возможно, однажды мы сможем стать свидетелями слияния сверхмассивных черных дыр и узнать, что же происходит, когда два гиганта сталкиваются.