Роками чорні діри вважалися радше науковою фантастикою, ніж наукою. Тепер у нас є фотографія – реальне зображення – не однієї, а двох чорних дір, що танцюють одна навколо одної в космосі. Астрономи підтвердили те, що вони давно підозрювали: пари чорних дір існують. Нове зображення, отримане за допомогою потужного радіотелескопа, показує дві чорні діри, що обертаються одна навколо одної в далекому квазарі під назвою OJ 28.
Всередині дивовижного квазара
Квазари є одними з найяскравіших об’єктів Всесвіту. Вони займають центри далеких галактик, освітлені надмасивними чорними дірами, які акціюють навколишній газ і пил. Коли матеріал спіралеподібно закручується всередину, він перегрівається та випромінює величезну кількість енергії – настільки, що ми можемо виявити її за мільярди світлових років.
OJ 287 — один із таких квазарів. Він примітний не лише своєю яскравістю (люди з аматорськими телескопами можуть його виявити), але й своєю непередбачуваною поведінкою. Його яскравість змінюється регулярно. Це періодичне підморгування змусило вчених запідозрити, що в його центрі обертаються дві чорні діри. У них була гіпотеза. Тепер у них є картина.
Дві чорні діри, одне зображення
Міжнародна команда астрономів отримала радіозображення, на якому видно дві чорні діри, розташовані поруч, саме там, де, за теорією, вони мали б бути. Це вирішило питання, яке залишалося відкритим протягом 40 років: чи існують пари чорних дір ?
«Вперше нам вдалося отримати зображення двох чорних дір, що обертаються одна навколо одної. На зображенні чорні діри ідентифікуються за інтенсивними струменями частинок, які вони випромінюють», – сказав Маурі Валтонен з Університету Турку. «Самі чорні діри ідеально чорні, але їх можна виявити за цими струменями частинок або за світним газом, що оточує діру».
Зробити це фото було непросто. Звичайні телескопи не можуть розрізнити дві чорні діри – вони виглядають як одна точка світла. Але радіотелескопи, які можуть досягати до 100 000 разів більшої роздільної здатності, нарешті надали чіткий знімок.
Чорні діри ховаються у всіх на виду
OJ 287 перебуває в нашому небі вже понад століття. Старі фотографії 1800-х років показують його, хоча тоді ніхто не знав, що це таке. Теорії чорної діри тоді ще не існувало. Квазар з’являвся на тих ранніх фотографіях лише тому, що астрономи фотографували близькі зірки.
У 1982 році студент магістратури Аймо Сілланпяа помітив, що яскравість OJ 287 змінюється кожні 12 років. Цей цикл вказував на щось, що обертається навколо неї – можливо, дві чорні діри. Він продовжував спостерігати за нею, і зрештою сотні астрономів приєдналися до цього, щоб з’ясувати, що саме відбувається.
Орбітальну таємницю нарешті розгадав чотири роки тому Ланкешвар Дей, докторант з Мумбаї. Він працював неповний робочий день в Університеті Турку та допомагав розраховувати складні рухи двох чорних дір. Але бачити їх окремо все ще було відсутнім елементом. Супутник NASA TESS виявив світло від обох чорних дір, але недостатньо чітко, щоб розрізнити їх. Лише радіотелескопи мали роздільну здатність, необхідну для отримання зображення.
Звивистий космічний струмінь
Окрім підтвердження орбітальної пари, вчені також помітили щось дивне. З однієї з чорних дір, точніше, з меншої, виривається струмінь частинок. Але цей струмінь не прямий. Він згинається та скручується, як садовий шланг на повній потужності.
Цей «виляючий хвіст», як називають його дослідники, спричинений тим, що менша чорна діра швидко обертається навколо більшої. Під час руху струмінь змінює напрямок. Протягом наступних кількох років вчені очікують побачити, як вона скручується по-різному, оскільки чорна діра прискорюється або сповільнюється під час свого обертання.
Телескоп за зображенням
«Зображення двох чорних дір було отримано за допомогою радіотелескопної системи, до складу якої входив супутник RadioAstron», – сказав Валтонен. «Вона працювала десять років тому, коли було отримано зображення OJ287».
«Радіоантена супутника простягнулася на півдорозі до Місяця, що значно покращило роздільну здатність зображення. В останні роки ми могли використовувати лише наземні телескопи, де роздільна здатність зображення не така хороша».
Це фото — більше, ніж просто класне зображення. Це доказ того, що чорні діри не завжди рухаються поодинці. Деякі з них рухаються парами протягом мільйонів років. І ось ми нарешті побачили це на власні очі. Повне дослідження було опубліковано в журналі The Astrophysical Journal.