Введение

Когда зажглись сигнальные огни в «Властелине колец: Возвращение короля», город Гондор призвал Рохан на помощь, что предвещало гибель Саурону и его легионам. Однако зажигание сигнальных огней систем супермассивных черных дыр, названных в честь этих мест из произведений Дж. Р. Р. Толкина, стало радостным событием для научного сообщества.

Загадочные черные дыры

Супермассивные черные дыры, получившие названия Гондор и Рохан (официальные обозначения SDSS J0729+4008 и SDSS J1536+0411 соответственно), были обнаружены Североамериканской обсерваторией наноэргейных гравитационных волн (NANOGrav). Это открытие стало возможным благодаря новой технике, использующей фоновый звук колебаний в пространстве, известный как «гравитационные волны», в сочетании с наблюдениями квазаров, которые питаются супермассивными черными дырами.

Как работают гравитационные волны?

Супермассивные черные дыры, образующие бинарные системы, начинают вращаться друг вокруг друга, что в конечном итоге приводит к их столкновению и слиянию. Во время этого процесса они излучают гравитационные волны с увеличивающейся частотой по мере уменьшения орбитального расстояния между ними, создавая фоновый «гул» гравитационных волн. Эти слияния, как выяснили ученые, в пять раз чаще встречаются в квазарах.

Квазар как маяк

Квазары, находящиеся в активных галактических ядрах, выступают в роли маяков, которые могут сигнализировать о слиянии супермассивных черных дыр. Если один из таких маяков испускает гравитационные волны, это значит, что в его центре присутствуют бинарные черные дыры. Таким образом, данная методология позволяет ученым создавать космическую карту этих гигантов, находящихся на грани слияния.

Значение открытия

«Наше открытие предоставляет научному сообществу первые конкретные ориентиры для разработки и тестирования протоколов обнаружения отдельных источников непрерывных гравитационных волн», — отметила член команды NANOGrav Киара Мингарелли. Она и ее коллеги вели поиск бинарных систем супермассивных черных дыр, используя новый подход, в 114 активных галактических ядрах, где черные дыры активно поглощают окружающий газ и пыль.

Пояснение выбора имени

Киара Мингарелли объяснила необычный выбор имен для этих черных дыр: «Названия происходят как от людей, так и от поп-культуры. Рохан был первым, так как это имя Рохана Шивакумара, студента Йельского университета, который первым его проанализировал, а Гондор был назван следующим, потому что, ну, сигналы были зажжены!».

Будущие исследования

NANOGrav, который впервые обнаружил фоновое излучение гравитационных волн в 2023 году, в ближайшие месяцы продолжит искать и идентифицировать бинарные черные дыры. Исследователи считают, что даже относительно небольшой каталог слияний черных дыр может помочь создать карту фона гравитационных волн, что, в свою очередь, позволит лучше понять процессы слияния галактик, физику черных дыр и природу самих гравитационных волн.

Заключение

«Наша работа наметила маршрут для систематического обнаружения бинарных систем супермассивных черных дыр», — добавила Мингарелли. «Мы провели целенаправленный поиск, разработали строгий протокол, и две цели оказались на высоте как примеры, требующие дальнейшего изучения». Результаты команды были опубликованы 5 февраля в The Astrophysical Journal Letters.