Наблюдения за известным блазаром Mrk 501, проведенные международной группой ученых под руководством Института радиоастрономии имени Макса Планка, привели к неожиданному открытию. В центре этого объекта было обнаружено не одно, а два потока плазмы, известных как джеты. Это открытие побудило исследователей к пересмотру природы Mrk 501 и выдвижению гипотезы о наличии там пары сверхмассивных черных дыр, находящихся в вращении друг относительно друга.
Объект Mrk 501 уже давно привлекает внимание своей загадочностью: его радиоизлучение, наблюдаемое в малых и крупных масштабах, демонстрирует разную направленность, что не поддавалось объяснению с помощью стандартных моделей. Для выяснения причин исследователи проанализировали 83 набора данных, собранных за 12 лет с использованием сети телескопов VLBA на частоте 43 ГГц, и сопоставили их с предыдущими наблюдениями, выполненными на более низких частотах.
Полученные данные оказались лучше, чем предполагалось. Помимо уже известного джета, который называется Jet 1, исследователи выявили и второй — Jet 2. Особенно примечательно, что начало этой второй струи находится не в привычном месте, а на противоположной стороне от центрального ядра, после чего она движется вокруг него против часовой стрелки. В определенные моменты времени, например, в июне 2022 года, Jet 2 принимает форму дуги, схожую с «кольцом Эйнштейна» – эффектом гравитационного линзирования, когда массивный объект искажает свет, исходящий от объекта, расположенного за ним.
Перемещение джетов оказалось сложной задачей. Система струй на высоких частотах (43 ГГц) демонстрирует смещение по часовой стрелке по сравнению с тем, что наблюдается на более низких частотах (15 и 8 ГГц). Кроме того, поперечные колебания всей структуры совершаются с периодом приблизительно в 7 лет, и схожий период (7,4 года) был обнаружен при анализе изменений общего потока излучения. В пульсации же ядра, вероятно, присутствует и более короткий ритм – около 121 дня.
Какие факторы способны формировать столь детализированное и динамичное изображение? Исследователи, представленные в статье, рассмотрели альтернативные гипотезы, такие как турбулентность в потоке или влияние изменения частоты на положение ядра. Однако ни одна из них не способна всесторонне объяснить наблюдаемые явления: наличие двух струй, их упорядоченное движение вокруг ядра и даже предполагаемое гравитационное линзирование.
Ученые предполагают, что в центре Mrk 501 располагается двойная система, состоящая из двух сверхмассивных черных дыр. Более крупная из них формирует обычный джет Jet 1 и действует как гравитационная «линза». Меньшая черная дыра вращается вокруг нее против часовой стрелки, совершая полный оборот примерно за 121 день и генерируя струю Jet 2. А семилетний цикл, вероятно, связан с прецессией – медленным наклоном всей орбитальной плоскости, аналогичным колебанию волчка.
Астрономы полагают, что черные дыры в этой системе обладают массой от 100 до 800 миллионов солнечных масс и находятся на расстоянии нескольких сотен гравитационных радиусов друг от друга. Даже самые передовые телескопы, такие как Event Horizon Telescope, не способны различить их по отдельности из-за крайне малого углового размера. Тем не менее, они способны генерировать гравитационные волны, которые в перспективе могут быть зафиксированы, например, при помощи пульсарного хронометрирования, такого как телескоп SKA.
Несмотря на попытки объяснить отдельные джеты в ядрах блазаров прецессией, до настоящего времени не наблюдалось одновременного обнаружения двух четких струй. Это открытие не только позволяет разрешить давнюю загадку, связанную с Mrk 501, но и предоставляет уникальную возможность непосредственно наблюдать за взаимодействием пары сверхмассивных черных дыр на заключительной стадии их сближения.
Статья принята к в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.