Ніколи не бачена подія може спричинити космічний феєрверк, але багато хто побоюється, що сигнал буде надто слабким.
Тік… тик… бух? Астрономи побачили, як вони вважають, ознаки того, що в центрі галактики, яка лежить на відстані 1,2 мільярда світлових років від Землі, вже через 100 днів від сьогодні має відбутися злиття двох величезних чорних дір. Їхня сумарна маса становить сотні мільйонів мас Сонця. Ця подія, якщо вона трапиться, стане важливою для астрономії, бо дасть можливість побачити давно передбачуваний, але ніколи не бачений процес росту чорної діри. Це також може спричинити сплеск електромагнітного випромінювання, а також появу гравітаційних хвиль і нейтрино (частинки, що слабко взаємодіють з речовиною — Ред.), що дозволить науковцям докладно розкрити подробиці злиття.
Як тільки стаття з’явилася минулого тижня на сервері препринтів arXiv, інші астрономи, охочі зареєструвати «спокусливі» сигнали, поспішили замовити спостережний час на телескопах, сказав учасник наукової групи Хуан Ян (Huan Yang) з Інститут теоретичної фізики «Периметр» (Perimeter Institute for Theoretical Physics) у Ватерлоо в Канаді. «Ми бачили, як люди діють досить швидко», — заувжив він. Емма Кун (Emma Kun) з Обсерваторії Конкоя в Будапешті (Угорщина) стала переглядати архіви радіоспостережень у пошуках підтвердження сигналу. «Якщо бух станеться, це підтвердить багато речей», — сказала вона.
Але прогноз може виявитися міражем. «Неясно, чи містить галактика про яку йдеться дві чорні діри, не кажучи вже про пару, яка збирається злитися», — сказав Скотт Ренсом (Scott Ransom) з Національної радіоастрономічної обсерваторії (National Radio Astronomy Observatory). На його думку надані докази «досить умовні».
Згідно з сучасними уявленнями, надмасивні чорні діри містяться в центрі більшості, якщо не всіх, галактик, але теоретики не знають, як вони виростають такими великими. Деякі спорадично поглинають навколишню речовину, що в цьому процесі сильно її нагріває. Це спричиняє до появи активного ядра галактики (active galactic nucleus, AGN), а сама вона стає відносно яскравою. Але потоку речовини може бути недостатньо, щоб пояснити масу чорних дір. Вони могли б швидше набирати масу завдяки злиттям: після зіткнення галактик сила тяжіння зв’язує їхні центральні чорні діри і ці об’єкти починають обертатися один навколо одного.
Такі пари чорних дір виявити непросто. Рентгенівські телескопи дали змогу знайти кілька AGN з двома яскравими, розділеними центральними джерелами, але передбачувані чорні діри перебувають на відстані сотень світлових років одна від одної і не зіткнуться ще протягом мільярдів років. Коли вони наближаються, їхнє світло майже неможливо відокремити за допомогою телескопа. Але деякі AGN регулярно тьмяніють і стають яскравішими. Це, як нещодавно стверджували астрономи, є ознакою того, що в них є пара чорних дір. Вони обертаються одна навколо одної і регулярно збурюють і нагрівають навколишню речовину. Однак деякі з цих періодичних коливань зникли, що поставило під сумнів бінарну інтерпретацію. «AGNs роблять усілякі божевільні речі, яких ми не розуміємо», — говорить Ренсом.
За даними спостережень оглядового телескопа в Каліфорнії під назвою Zwicky Transient Facility (ZTF) наукова група під керівництвом Нін Цзяна (Ning Jiang) з Університету науки і техніки Китаю натрапила на періодичну AGN під назвою SDSSJ1430+2303. «Моя перша думка була пов’язана із парою надмасивних чорних дір», — сказав Цзян.
Потім дослідники виявили дещо більше: тенденцію, яку вони інтерпретують як пару чорних дір, що перебувають у процесі злиття. Цикли ставали коротшими, тривали від 1 року до 1 місяця з проміжком 3 роки. Це «перше офіційне повідомлення про періоди злиття, які з часом зменшуються», — сказав Юцзюнь Лу (Youjun Lu), астрофізик-теоретик з Національної астрономічної обсерваторії Китаю, який не був учасником дослідження.
Науковці підтвердили коливання рентгенівського випромінювання з періодом 30 днів, зафіксовані за допомогою орбітальної обсерваторії «Свіфт» (Swift) імені Ніла Герельса. Якщо ця тенденція до зменшення триватиме далі, чорні діри, які, за словами Цзяна, наближаються одна до одної так само, як Сонце до Плутона, зіллються в найближчі 100—300 днів. Про це дослідники повідомляють в статті, яка ще не пройшла рецензування.
Якщо злиття відбудеться, спостерігачі можуть мати «урожайний» день. «Має бути величезний сплеск по всьому електромагнітному спектру, від гамма-променів до радіо», — сказала Кун. Дехто також очікує потоку нейтрино, які може зафіксувати детектор IceCube на Південному полюсі — кубічний кілометр полярного льоду, оснащений датчиками для виявлення ударів нейтрино. Однак ні те, ні інше не є певним. «Ми справді не знаємо, чого очікувати», — зазначив Ренсом.
Єдиний певний сигнал — це гравітаційні хвилі, але великі маси, що стикаються, випромінюють їх на занадто низькій частоті, щоб їх могли вловити такі детектори, як Лазерна інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO), що налаштована на менші злиття. Однак вони мають залишити відбиток на самому просторі-часі, свого роду релаксацію відстані та часу (це називають пам’яттю про гравітаційні хвилі, своєрідний гул, що залишився від проходження гравітаційної хвилі — Ред.), яку можна було б виявити протягом багатьох років шляхом моніторингу імпульсів пульсарів — нейтронних зір з швидким обертанням. «Це дуже складний сигнал для вимірювання, — каже Ренсом, — «але його реєстрація була б остаточним, цілковитим підтвердженням злиття надмасивних чорних дір».
Однак Ренсом готовий до розчарування. Він та інші зазначають, що наукова група базує свій прогноз лише на кількох спостережуваних циклах. Теоретик Даніель Д’Ораціо (Daniel D’Orazio) з Інституту Нільса Бора в Копенгагені (Данія) каже, що деякі аспекти кривої блиску AGN також викликають сумніви. Наприклад, за його словами, архіви ZTF показують, що об’єкт SDSSJ1430+2303 не мав періодичних коливань у роки до того, як «команда» Цзяна виявила їх. Його тьмяне, стабільне випромінювання тоді більше нагадувало стандартне активне ядро галактики з однією надмасивною чорною дірою. «Чому [коливання] щойно увімкнулося?» — запитує Д’Ораціо.
Спостереження, які буде виконано в найближчі місяці, мають показати, чи зменшується період коливань випромінювання. Науковій групі довелося припинити спостереження в серпні 2021 року, коли галактика на небесній сфері опинилася поблизу Сонця (це трапилося через рух Землі по орбіті — Ред.) і телескопи не могли її безпечно спостерігати. Спостереження відновилися торік в листопаді, але відтоді як ZTF, так і Swift, простоювали через технічні збої.
Ендрю Фабіан (Andrew Fabian) з Кембриджського університету серед тих астрономів, які мають охоту побачити злиття, тому подав заявку на спостережний час телескопа NASA Neutron star Interior Composition Explorer (NICER), встановленому на Міжнародній космічній станції. «Якщо це правда, то зараз важливо отримати якомога більше спостережень, щоб побачити, що трапиться», — зауважив він. Фабіан каже, що ймовірність такого близького від Землі злиття в будь-який рік становить один до 10 000. Він скептично ставиться до того, що це обов’язково трапиться, але каже, що варто спостерігати протягом кількох місяців, щоб побачити, чи справдиться передбачення. «Рідкісні події трапляються», — говорить він.
За інф. з сайту www.science.org підготував Іван Крячко
