Блазары занимают интригующее место в космическом зоопарке. Это яркие активные ядра галактик (АЯГ), которые испускают космические лучи, обладают ярким радиоизлучением и содержат огромные струи материала, движущиеся в нашем направлении почти со скоростью света. Их струи выглядят изогнутыми и змеиными. У астрономов есть вопросы.
Влияет ли аппетит центральной черной дыры блазара на джеты? Есть ли какая-то внутренняя активность в аккреционном диске, которая вызывает переменность блеска? Или здесь работает что-то еще? По мнению Силке Бритцена из Института радиоастрономии Макса Планка в Германии, это может быть более интересно, чем одна черная дыра (или ее аккреционный диск), делающая свое дело.
«Мы представляем доказательства и обсуждаем возможность того, что на самом деле это прецессия источника джета, вызванная либо сверхмассивной двойной черной дырой в основании джета, либо – что менее вероятно – искривленным аккреционным диском вокруг одиночной черной дыры. Это отвечает за наблюдаемую изменчивость», — объясяет Бритцен.
Идея прецессирующего искривленного аккреционного диска вокруг одной сверхмассивной черной дыры интересна тем, что это движение может повлиять на джеты. Он также играет роль в периодических изменениях яркости. Этот эффект проявляется и в некоторых других галактиках. Но что еще могло вызвать прецессию? Бритцен и с командой исследовали объект под названием OJ 287, чтобы посмотреть, может ли он дать какие-то подсказки. Судя по всему, в его ядре находятся две черные дыры — по сути, двойная черная дыра. Исследования этой галактики и 12 других AGNS привели к выводу, что кривизна струи может дать ключ к разгадке существования двойных черных дыр в ядрах галактик.
Как это будет работать? Это сложно, но, по сути, у вас есть две черные дыры, исполняющие орбитальный танец в центре галактики. Одна черная дыра испускает струю, а гравитационное влияние другой влияет на внешний вид и поведение струи. По словам Михала Заячека, соавтора исследования, это помогает объяснить внешний вид самолета. «Физика аккреционных дисков и джетов довольно сложна, но их объемную кинематику можно сравнить с простыми гироскопами», — сказал он. «Если вы приложите внешний крутящий момент к аккреционному диску, например, со стороны вращающейся по орбите вторичной черной дыры, он будет прецессировать и нутировать, а вместе с ним и джет, аналогично оси вращения Земли, на которую влияют Луна и Солнце».
Если это так и в случае с другими блазарами, то извилистая струя и изменчивость яркости вполне могут стать ключом, который астрономам понадобится для поиска других двойных черных дыр. По словам Бритцена, найти черные дыры — непростая задача, хотя сами AGNS яркие. «Нам все еще не хватает достаточного разрешения, чтобы напрямую исследовать существование сверхмассивных двойных черных дыр», — сказала она. «Но прецессия струи, по-видимому, обеспечивает наилучшую характеристику этих объектов, существование которых ожидается не только сообществом черных дыр/АЯГ, но и сообществом гравитационных волн/пульсаров, которое недавно опубликовало доказательства существования космического гравитационного фона из-за гравитационные волны, испускаемые слияниями массивных черных дыр на протяжении всей космической истории».
Бритцен и его коллеги исследовали OJ 287 и другие известные АЯГ с помощью радионаблюдений, поскольку эти объекты являются яркими радиоисточниками. В исследованиях с высоким разрешением использовались методы радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой. Это соединило несколько телескопов на больших расстояниях, чтобы сфокусироваться на очень далеких ядрах галактик. Это та же самая техника, которая позволила коллаборации Event Horizon Telescope впервые получить изображение тени черной дыры, наблюдая черную дыру с массой 6,5 миллиардов солнечных лучей в галактике M87.
Команда также смоделировала прецессию струй плюс фактор, называемый нутацией. Это периодическое изменение оси наклона струи. Думайте об этом как о легком покачивании или покачивании во время прецессии струи. Эта нутация также была подсказкой, указывающей на возможное существование второй черной дыры. Команда применила эту модель к самолету OJ 287.
Результат, похоже, убедительно указывает на действие двойной черной дыры, лежащее в основе этой и других AGNS. Дымящиеся пушки – волнистые струи и переменность яркости. «Переменность блазаров во многих галактиках может носить преимущественно не стохастический, а детерминированный характер», — говорит Бритцен. «Интересно расшифровывать внутреннюю работу механизма черной дыры с помощью исследований изменчивости».
Бритцен с командой надеются, что эта работа приведет к дальнейшим исследованиям блазаров. В своей статье они предполагают, что другие продолжат долгосрочные наблюдения и исследования спектрального распределения энергии света от этих объектов и их струй.
