Происхождение Вселенной

Представьте ситуацию: по соседству с нами возникла совершенно новая, никому не знакомая черная дыра с массой 140 миллионов солнечных масс. Эта «дерзкая выскочка» в 35 раз массивнее черной дыры, которая правит бал в центре Млечного Пути. А теперь давайте познакомимся с реальным чемпионом: с черной дырой, чья масса составляет 18 миллиардов солнечных масс.

Чтобы попасть в первые ряды зрителей этого космического матча по боксу, вам надо (осторожно) приблизиться к объекту OJ 287 в центре галактики, находящейся на расстоянии 3,5 миллиарда световых лет от нас. Здесь более мелкая черная дыра вращается вокруг своего крупного противника. С каждым витком она все больше и больше приближается к нему с тем, чтобы полностью раствориться в его объятиях через 10 000 лет. Но пока у нас еще есть возможность полюбоваться восхитительным поединком.

Несмотря на то, что эта двойная система из черных дыр находится так далеко, OJ 287 выделяет достаточно энергии, чтобы быть видимой на небе так же хорошо, как и Плутон. Астрономы снимают ее на фотопластинки начиная с 1880-х годов, но впервые она привлекла внимание Маури Валтонена в обсерватории Туорла в Турку (Финляндия) почти столетие спустя. Группа астрономов под его руководством обратила внимание на то, что в отличие от других объектов в центрах галактик, которые вспыхивают и затухают спорадически, этот объект придерживался строгого расписания. Примерно через каждые 12 лет на его месте наблюдается вспышка. Интервал между вспышками становится короче на 20 дней с каждым циклом. За те несколько десятков лет, в течение которых мы наблюдаем эту картину, мы проделали большой путь к выяснению того, за счет чего это происходит.

Объект OJ 287 – это своеобразная витрина того, что происходит в галактиках по всей Вселенной. Галактики растут, поедая себе подобных, и почти все они имеют в своем центре сверхмассивную черную дыру. Когда две галактики объединяются, их черные дыры либо вступают в схватку и борются до тех пор, пока одна из них не будет отброшена гравитационным толчком соперницы, либо они начинают по спирали приближаться друг к другу, пока не сольются в еще более крупную черную дыру.

Меньшая черная дыра в OJ 287 находится на пути полного слияния с более крупной черной дырой. Более массивная черная дыра растет также за счет окружающего диска из газа и пыли, которые постепенно оседают на ней. Каждый раз, когда менее массивная черная дыра заканчивает виток по орбите, она с грохотом проносится через этот диск на сверхзвуковых скоростях. Этот мощный удар раздувает пузырь горячего газа, который затем расширяется, истончается и испускает поток ультрафиолетового излучения. Даже если вы находитесь на расстоянии 36 световых лет от этого источника, вы загорите быстрее, чем на Земле от солнечных лучей.

Хотя эти вспышки и производят огромное впечатление, орбитальный танец черных дыр излучает энергию в десятки тысяч раз более мощную, чем волнообразные колебания в пространстве-времени, называемые гравитационными волнами (см. главу 4). Конец менее массивной черной дыры предрешен. Гравитационные волны уносят энергию с орбиты двойной системы, пара черных дыр сближается друг с другом, и каждый последующий виток становится короче.

В 2015 году лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, США) предсказала, какова будет финальная стадия эволюции OJ 287. Дважды обсерватория регистрировала гравитационные волны от двойных систем, состоящих из черных дыр на конечных этапах эволюции, в которых каждая черная дыра в десятки раз превосходила Солнце, а затем оставался отголосок только от одной из них.

В системе OJ 287 черные дыры гораздо массивнее, и, как следствие, конечное слияние двух черных дыр в сердце объекта OJ 287 будет посылать гравитационные сигналы на частотах, слишком низких для приемников LIGO. Но конец будет таким же. Где бы на просторах Вселенной ни схлестнулись две черные дыры из двух различных галактик, в итоге останется только одна, самодовольная и надежно закрепившаяся в центре.

Интервью: фотографирование гигантов

Дэн Маррон – астроном из Обсерватории Стюарта Аризонского университета. Он является участником проекта «Телескоп горизонта событий», цель которого – сделать первый снимок черной дыры.

Черная дыра по определению черная. Как же вы хотите ее сфотографировать?