В центре галактики Маркарян 501 могут находиться две сверхмассивные чёрные дыры, обращающиеся друг вокруг друга с периодом от 121 до 146 дней. Если расчёты подтвердятся, система может слиться примерно через столетие. Однако свидетельства пока остаются спорными: вторую чёрную дыру непосредственно не наблюдали.
Второй джет в радиодиапазоне
Маркарян 501 — блазар в созвездии Геркулеса на расстоянии около 460 млн световых лет. Его джет направлен почти прямо на Землю и резко изгибается между внутренними и внешними участками. Одним из возможных объяснений этого давно считалось присутствие второй чёрной дыры.
Группа Силке Бритцен из Института радиоастрономии Общества Макса Планка изучила 83 радиоснимка ядра галактики. Наблюдения проводились на частоте 43 ГГц с помощью комплекса Very Long Baseline Array в период с сентября 2011 года по июль 2023-го. Помимо известного джета, исследователи проследили второй — он, по их интерпретации, начинается на дальней стороне ядра и закручивается вокруг него против часовой стрелки.
На двух снимках, сделанных с интервалом в 10 дней в 2023 году, этот джет сместился к югу и соединился с основным. Похожая картина, как утверждает команда, повторяется и в других данных. Кроме того, 24 июня 2022 года отдельные структуры второго джета образовали почти круговую дугу вокруг ядра. Учёные рассматривают её как возможное частичное кольцо Эйнштейна — результат искривления света гравитацией.
Период обращения и возможное слияние
Оценка в 121 день основана на слабом повторяющемся сигнале в яркости ядра и считается наименее надёжной. По возвращению второго джета к похожей форме получается период около 146 дней с неопределённостью в 22 дня. Силке Бритцен отметила, что из-за пропусков между наблюдениями наиболее реалистичным диапазоном остаются 121–146 дней. Неравномерная частота съёмки, напротив, могла скрыть ещё более быстрое движение.
При предположении о равных массах каждая из чёрных дыр может быть тяжелее Солнца в 100 млн – 1 млрд раз. Расстояние между ними оценивается примерно в 250–540 расстояний от Земли до Солнца. В расчёте с общей массой 700 млн Солнц и периодом 146 дней расстояние составляет около 469 таких расстояний.
Тесная пара должна терять энергию через гравитационные волны. Авторы считают, что система может продержаться ещё как минимум 250 витков — отсюда и оценка слияния примерно через 100 лет. Но этот результат получен для почти круговой орбиты. Другая модель команды, объясняющая семилетний цикл колебанием плоскости орбиты, требует сильно вытянутой орбиты, для которой срок существования системы нужно рассчитывать отдельно.
Почему вывод пока не окончательный
Самое наглядное свидетельство — предполагаемое кольцо Эйнштейна — создаёт и проблему. Расчёт авторов показывает: чтобы передняя чёрная дыра искривила свет второй и сформировала кольцо такого размера, расстояние между объектами должно составлять 10–100 парсеков. Это примерно в 10 тысяч раз больше предполагаемого расстояния между ними. Поэтому исследователи допускают, что кольцо может быть светом протяжённого второго джета, а не самой чёрной дыры.
Однообъектные объяснения — волны вдоль края джета, смещение видимого положения ядра на разных частотах и ударные волны — также рассматривались, но команда считает, что они не объясняют все особенности наблюдений. При этом в 17 из 83 снимков самым ярким был не сам объект в центре, а другая структура, а изображения не имели единой неподвижной опорной точки.
Проверить гипотезу можно будет более частыми радионаблюдениями: они должны точнее определить период и показать, сокращается ли орбита. Если пара существует, она должна излучать гравитационные волны с частотой около 8 × 10⁻⁸ Гц — в диапазоне, который исследуют пульсарные тайминговые массивы. Для уверенного обнаружения Маркарян 501, по оценке авторов, потребуется наблюдать более 20 пульсаров свыше десяти лет, что станет задачей эпохи Square Kilometre Array.
