Китайские астрономы обнаружили скрытую сверхмассивную чёрную дыру на фоне необычного гравитационного волнового события, вызванного слиянием чёрных дыр. Это указывает на то, что все три сингулярности были объединены в невиданную ранее тройную систему.
Исследователи считают, что странная пара сливающихся чёрных дыр, впервые обнаруженная в 2019 году, «танцевала» вокруг третьей сверхбольшой сингулярности, которая скрывалась на заднем плане. (Изображение предоставлено CNAS/SHAO)
Китайские астрономы, возможно, открыли невиданную ранее систему из трёх чёрных дыр.
Команда идентифицировала этот триплет, который находится в сложном «вальсе», после того как обнаружила скрытую сверхмассивную чёрную дыру, скрывающуюся на фоне необычного гравитационно-волнового события впервые обнаруженного шесть лет назад.
В 2019 году американская лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) зафиксировала серию слабых колебаний в ткани пространства-времени, известных как гравитационные волны. Оказалось, что они возникли в результате далёкого слияния двух чёрных дыр, расположенных где-то между 544 и 912 световыми годами от Земли. Космическое столкновение, получившее название GW190814, привлекло особое внимание из-за размеров сливающихся сингулярностей, которые весили 23 и 2,6 массы Солнца соответственно.
Обычно сливающиеся чёрные дыры имеют примерно одинаковую массу, потому что это создаёт необходимое гравитационное трение для их сближения. На тот момент GW190814 было «событием с самым неравным соотношением масс, когда-либо измеренным с помощью гравитационных волн», согласно исследованию 2020 года об этом событии. Учёные были особенно удивлены размером меньшей сингулярности, которая была достаточно массивной, чтобы считаться чёрной дырой.
В новом исследовании, опубликованном 21 июля в The Astrophysical Journal Letters, астрономы предположили, что причиной такого неравномерного слияния стал скрытый третий объект, который обеспечил необходимый гравитационный толчок для столкновения двух чёрных дыр, не подходящих друг другу по размеру, и их преобразования в единое целое.
Из-за гравитационного дисбаланса между чёрными дырами разного размера они очень редко сливаются друг с другом. (Изображение предоставлено: Н. Фишер, Х. Пфайффер, А. Буонанно (Институт гравитационной физики Общества Макса Планка), проект Simulating eXtreme Spacetimes)
Команда использовала моделирование, чтобы спрогнозировать, как это взаимодействие повлияет на гравитационные волны, возникающие при слиянии, и выявила уникальный «отпечаток», связанный со скрытым объектом. Затем они повторно проанализировали данные LIGO, полученные при первоначальном открытии, и обнаружили, что этот «отпечаток» действительно присутствует.
«Это первое международное открытие, подтверждающее наличие третьего компактного объекта в событии слияния двойных чёрных дыр, — заявил соавтор исследования Вэнь-Бяо Хань, астроном из Китайской академии наук, в заявлении. — Это свидетельствует о том, что двойные чёрные дыры в GW190814, возможно, сформировались не изолированно, а были частью более сложной гравитационной системы».
Основываясь на результатах моделирования, команда считает, что наиболее вероятным кандидатом на роль скрытого компактного объекта является сверхмассивная чёрная дыра. Они пока не знают, насколько большим может быть этот гигант, но нижний предел массы сверхмассивных чёрных дыр составляет около 100 000 масс Солнца, что говорит о том, что он как минимум такой же массивный, а значит, намного больше двух других объектов, изначально обнаруженных в системе.
Меньшая пара сливающихся чёрных дыр, вероятно, была частью двойной системы, которая вращалась вокруг сверхмассивной чёрной дыры, подобно тому, как Земля и Луна вращаются друг вокруг друга во время своего совместного движения вокруг Солнца. Такая конфигурация в системе чёрных дыр наблюдается впервые.
Команда исследователей добавила, что вновь образовавшаяся в результате слияния чёрная дыра, скорее всего, будет ещё миллиарды лет вращаться вокруг своего сверхмассивного партнёра, прежде чем её поглотит более крупный объект.
По словам Хана, новые данные не только дают «важное представление о путях формирования двойных чёрных дыр», но и позволяют по-новому идентифицировать других скрытых гигантов, скрывающихся на фоне других подобных неравновесных слияний чёрных дыр.
С тех пор как в 2015 году LIGO зафиксировала первые в истории гравитационные волны, обсерватория обнаружила более 100 дополнительных источников гравитационных волн, большинство из которых были вызваны слиянием чёрных дыр. Каждое новое обнаружение даёт учёным больше данных, которые они могут использовать для раскрытия новых тайн о самых массивных объектах Вселенной, которые, как известно, трудно изучать.