Британские и немецкие астрофизики предложили новый метод поиска тесных пар сверхмассивных черных дыр – одних из самых труднообнаружимых объектов во Вселенной. Исследователи из Оксфордского университета и Института гравитационной физики Общества Макса Планка (Института Альберта Эйнштейна) разработали стратегию, основанную на регистрации повторяющихся вспышек света от далеких звезд. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
По современным представлениям, сверхмассивные черные дыры находятся в центрах большинства крупных галактик. При слиянии звездных систем их центральные черные дыры сближаются и образуют гравитационно связанную двойную систему. Наблюдать такие пары на больших расстояниях друг от друга астрономам уже удавалось, однако обнаружить объекты, подошедшие на критически близкое расстояние на поздних стадиях сближения, до сих пор крайне сложно.
Авторы исследования предлагают использовать эффект гравитационного линзирования. Из-за колоссальной массы черные дыры искривляют проходящий мимо свет, работая как естественные телескопы. В двойных системах из-за взаимодействия двух источников гравитации зона экстремального увеличения света значительно расширяется. Она принимает форму ромбовидной каустической кривой. При движении черных дыр по орбите эта каустическая линия вращается и деформируется, проходя по фоновым звездам родительской галактики. Когда яркая звезда оказывается в этой области, земные телескопы фиксируют мощную вспышку. Повторяемость таких вспышек служит надежным признаком присутствия двойной сверхмассивной черной дыры.
Поскольку двойные системы постоянно теряют энергию из-за излучения гравитационных волн, расстояние между черными дырами сокращается, а скорость их вращения увеличивается. Это напрямую влияет на периодичность и интенсивность вспышек. Анализируя структуру световых сигналов, ученые смогут рассчитывать массу черных дыр и параметры их орбит задолго до того, как эти объекты сольются.
Ожидается, что запуск новых проектов, таких как Обсерватория имени Веры Рубин и космический телескоп «Нэнси Грейс Роман», позволит начать систематический поиск подобных периодических вспышек в ближайшие годы. Это откроет возможности для многоканальных астрономических исследований и позволит проверить теории гравитации еще до ввода в строй космических детекторов гравитационных волн нового поколения.
