Космические указатели: квазары и их связь с черными дырами

Исследователи утверждают, что целенаправленный поиск гравитационных волн от пары сверхмассивных черных дыр в квазаре может быть до семи раз более успешным, чем в случайной массивной галактике. Квазары, самые яркие объекты во Вселенной, могут стать «космическими указателями», направляющими астрономов к редким парам сверхмассивных черных дыр.

Ученые знают, что сверхмассивные черные дыры, масса которых может достигать миллионов или даже миллиардов масс Солнца, находятся в центре большинства крупных галактик. Однако бинарные пары этих космических титанов обнаружить очень трудно. Причиной этого не может быть их редкость, ведь они образуются в результате слияний галактик. Это означает, что существует большое количество таких пар, готовых к слиянию и созданию еще более массивной черной дыры. Но где они находятся?

Новое исследование предполагает, что квазары — светящиеся сердца активных галактик, питаемые сверхмассивными черными дырами — могут быть ответом на этот вопрос. Команда исследователей считает, что галактики с квазарами могут в семь раз чаще содержать пары сверхмассивных черных дыр, чем другие галактики. Эти выводы могут помочь в поиске этих монстров с помощью гравитационных волн, крошечных ряби в пространстве-времени, впервые предсказанных в теории общей относительности Эйнштейна в 1915 году.

Ведущий автор исследования, Эндрю Кейси-Клайд, докторант Университета Коннектикута и приглашенный исследователь Йельского университета, сообщил Space.com, что результаты могут значительно повысить вероятность обнаружения гравитационных волн от пары сверхмассивных черных дыр в квазаре.

Интересно, что это открытие началось с несколько разочаровывающего результата. В 2015 году Калифорнийский реальный транзитный обзор (CRTS), проведенный с использованием трех телескопов, предположил, что 111 квазаров с периодическими кривыми света могут быть кандидатами на бинарные пары сверхмассивных черных дыр. Однако последующие исследования показали, что большинство этих кандидатов были ложными.

Тем не менее, даже после коррекции на большое количество ложных срабатываний, исследование показало, что квазары действительно могут чаще содержать пары сверхмассивных черных дыр, чем случайные галактики. Некоторые из этих черных дыр окружены огромным количеством материала, образуя аккреционный диск, который постепенно питает их веществом. Этот диск, нагреваясь под действием гравитационных сил, светится ярко по всему электромагнитному спектру.

Кроме того, часть материала направляется к полюсам черной дыры, выбрасываясь в виде мощных джетов, испускающих электромагнитное излучение. Эти активные галактические ядра, наблюдаемые как квазары, могут быть настолько яркими, что их свет превосходит свет всех звезд в галактике.

Часто сверхмассивная черная дыра получает возможность образовать квазар после слияния двух галактик. Это столкновение доставляет свежие запасы газа и пыли, необходимые для питания черной дыры. При этом слияние галактик сближает две сверхмассивные черные дыры. Бинарные квазары представляют собой системы из двух сверхмассивных черных дыр, окруженных аккреционным диском, который и создает квазарную активность.

Для исследования команда специально изучала квазары с периодическими кривыми света. Симуляции показывают, что такие кривые могут быть признаком присутствия бинарной пары сверхмассивных черных дыр. Ключевым элементом исследования стала коллекция точно вращающихся нейтронных звезд, известных как массив пульсаров NANOGrav, которые помогают фиксировать фоновый сигнал гравитационных волн от слияний черных дыр.

Этот подход, использующий одновременно электромагнитные наблюдения и детекцию гравитационных волн, является примером мультимессенджерной астрономии — исследования Вселенной с использованием различных сигналов.

Результаты исследования удивили команду: оказалось, что яркие квазары реже содержат бинарные пары сверхмассивных черных дыр, чем более тусклые. Это связано с тем, что более массивные черные дыры быстро сливаются, поэтому их трудно обнаружить.

Следующий шаг исследования — целенаправленный поиск гравитационных волн, а также поиск широко разнесенных пар черных дыр, которые представляют собой предшественников ближних бинарных пар сверхмассивных черных дыр. Это поможет лучше понять связь между квазарами и слияниями галактик.

Заключительное слово осталось за Кейси-Клайдом, который отметил важность будущего обзора Legacy Survey of Space and Time (LSST), который будет проводиться обсерваторией имени Веры Рубин . Эти данные будут критически важны для уточнения числа бинарных квазаров.

Исследование опубликовано в виде предрецензионной статьи на сайте arXiv .