Сверхмассивные черные дыры, масса которых исчисляется миллионами или даже миллиардами солнечных масс, скрыты в центрах большинства массивных галактик. Однако до сих пор нет точных данных, как такие огромные объекты достигают своих рекордных масс. Простая подпитка их окружающим газом кажется слишком медленной, поэтому в течение многих лет предполагалось, что важную роль играют столкновения и слияния черных дыр.

Проблема в том, что до сих пор не получено убедительного изображения системы из двух сверхмассивных черных дыр на действительно близком расстоянии. Прорыв произошел благодаря многолетним наблюдениям активной галактики Маркарян 501 (Mrk 501), блазара — объекта, в котором активное галактическое ядро с джетом, направлено прямо на Землю.

Изображение: нейросеть freepik

Международная группа из Института радиоастрономии им. Макса Планка в Бонне проанализировала 83 набора данных с интерферометра Very Long Baseline Array (VLBA), собранных на частоте 43 ГГц в период с 2011 по 2023 год, дополненных более ранними данными на частотах 15 и 8 ГГц. Такая длительная, однородная серия наблюдений с очень высоким разрешением позволила исследовать ядро Mrk 501 с беспрецедентной точностью.

Анализ изменений геометрии джета предполагает, что две черные дыры в ядре Mrk 501 образуют двойную систему с орбитальным периодом приблизительно 121 день. Авторы рассматривают различные сценарии и приходят к выводу, что данные лучше всего объясняются моделью, в которой меньшая черная дыра движется по прецессирующей плоской орбите с периодом прецессии в семь лет и орбитальным периодом 121 день.

Предполагая схожие массы обоих компонентов, расстояние между ними составляет всего 27–128 радиусов Шварцшильда, при массах около 10⁸–10⁹ солнечных масс каждого. Это чрезвычайно малое расстояние для таких массивных объектов и явный признак того, что система находится на заключительной фазе своей эволюции.

Оценки показывают, что в зависимости от точных значений масс и углового момента орбит расстояние между черными дырами может уменьшаться настолько быстро, что слияние может произойти менее чем за 100 лет. Астрономы ожидают других сигналов грядущего столкновения. Для астрофизики это стало бы уникальной возможностью наблюдать — практически в режиме реального времени — слияние сверхмассивных черных дыр, ключевой процесс в эволюции галактик и их центральных ядер.