Гравитационное линзирование выдало местоположение двойных черных дыр

В центре нашей галактики Млечный Путь, как известно, находится черная дыра массой более четырех миллионов Солнц, обозначенная как объект Стрелец А*. Она расположена в направлении одноименного созвездия. Обнаружить само ее существование и составить о ней представление во многом удалось по «поведению» ближайших к ней звезд.

Важную роль сыграла в этом звезда S2, которая успевает совершить оборот вокруг этой сверхмассивной черной дыры за 16 лет. Для сравнения, расположенному в 26 тысячах световых лет от центра галактики Солнцу на это требуется около 240 миллионов лет.

S2 в точке своего максимального сближения с черной дырой оказывается от нее всего примерно вчетверо дальше, чем Плутон от Солнца. Астрономы во время наблюдений обнаружили, что при подходе звезды к этой точке ее свет заметно меняется, и это не что иное, как действие гравитационной линзы.

Роль такой линзы играет сама черная дыра. Как это работает: по Эйнштейну, гравитация — результат искривления пространства-времени любой частицей, имеющей массу, то есть любым веществом. Чем больше масса, тем сильнее деформация. Вокруг планеты, звезды, черной дыры или целой галактики образуется невидимая сфера этой деформации.

Когда, с точки зрения наблюдателя, рядом с ней оказывается посторонний источник света, этот свет искажается — он вынужден огибать искривленное пространство-время. Именно благодаря этому многие далекие галактики выглядят изогнутыми в дуги или даже предстают в виде колец: их «линзирует» находящаяся перед ними массивная галактика. Для астрофизиков этот эффект — мощный инструмент для наблюдений, то есть, по сути, телескоп: ни одна самая современная обсерватория не может сравниться по своим «увеличительным» способностям с гравитационной линзой.

Недавно ученые из Великобритании и Германии предложили использовать этот эффект для обнаружения тех необычных случаев, когда в центре галактики находится не одна, а целых две сверхмассивные черные дыры. Так бывает после слияний галактик, и исследователям интересно, как складывается ситуация в галактике с двойным ядром.

В статье (доступна на сервере препринтов arXiv.org) астрофизики объяснили, что в двойной системе компаньоны обращаются вокруг общего центра масс, и такое движение черных дыр создает своеобразный характер гравитационного линзирования: оказавшаяся рядом звезда должна внезапно вспыхивать и снова угасать с мнимой периодичностью. Эта периодичность будет соответствовать циклу обращения черных дыр.

При этом некоторые звезды от этого могут становиться в 10 тысяч или даже в миллион раз ярче и светить как «факелы» на фоне галактики. Как пишут ученые, линзированная двойной сверхмассивной черной дырой яркая звезда может создавать видимость квазара, то есть активного галактического ядра, но с явными отличиями от квазара настоящего.

Отметим, что наличие двойных сверхмассивных черных дыр подозревают уже в нескольких известных галактиках, а в некоторых из них это «подсказывают» именно такие квазипериодические вспышки. Например, в активном галактическом ядре OJ 287 такие вспышки происходят каждые 11-12 лет, и причиной этого считают гравитационный «танец» черных дыр.