Большие темные пятна образуют форму четырехлистного клевера в центре скопления галактик, говорится в новом исследовании. Это первый космический случай - единственный, когда ученые наблюдали два набора таких темных пятен, которые образуются черными дырами, в одном и том же месте.
Темные пятна образуются, когда выбросы от сверхмассивных черных дыр в центре галактик создают огромные пары "лепестковой" формы. Эти структуры видны в радиодиапазоне, но в рентгеновском спектре представляют собой темные пустоты. Впервые исследователи обнаружили набор из четырех лепестков в одном и том же месте.
Множественные наборы долей в одной области не являются чем-то неслыханным, но они, как правило, имеют разные размеры и находятся дальше друг от друга, чем эта особенность в форме клевера. "Особенность нашей системы в том, что все четыре доли находятся на одинаковом расстоянии от центра", - говорит Франческо Убертози, аспирант по астрофизике Болонского университета в Италии, который использует рентгеновские лучи для изучения скоплений галактик. Убертози возглавил новое исследование, опубликованное в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Все эти доли, похоже, одинакового размера и расположены вокруг центральной оси. Это свидетельствует о том, что две пары долей сформировались примерно в одно и то же время.
Скопление галактик под названием RBS 797 находится на расстоянии 3,9 миллиарда световых лет от Земли и уже хорошо изучено. Исследователи давно знали о существовании там радиоизлучения. В частности, работа Убертози основывается на результатах исследования 2013 года, в ходе которого было обнаружено, что рентгеновские пустоты перекрываются с долями - местами, которые были темными для рентгеновской обсерватории Чандра. Это подтверждает идею о том, что черная дыра "выкопала" окружающую материю из региона, говорит Убертоси.
Главный вопрос, на который пытались ответить Убертози и его команда: можно ли найти пробелы в рентгеновских данных, чтобы они соответствовали формам дополнительных радиоизлучающих лепестков? "Это как будто у нас есть одна история, - говорит Убертоси, - но два разных способа ее рассказать", и виды в радио и рентгеновском диапазоне должны совпадать.
Сверхмассивная черная дыра обычно выбрасывает частицы из своей верхней и нижней части в двух высокоскоростных потоках, называемых релятивистскими струями. Струя расширяется после достижения определенного расстояния и "отталкивает газ, который мы видим в рентгеновских лучах, находящийся вокруг нее", - говорит Убертози. Струя прокладывает путь в окружающей материи и "создает в рентгеновских лучах углубления, похожие на пузыри", - говорит он.
Рентгеновские пустоты можно сравнить с человеком, пускающим пузыри под водой, говорит Майкл Макдональд, астрофизик из Массачусетского технологического института, который изучает эволюцию сверхмассивных черных дыр и окружающих их объектов и не принимал участия в исследовании. "Вы могли бы увидеть пузырьки в воде... или если бы вы могли как-то обнаружить воздух, - говорит он. Увидеть пустоты в воде - это все равно что обнаружить пустоты в рентгеновских лучах, а измерить газы в пузырьках - все равно что обнаружить радиоволны".
В 2019 году научный руководитель Убертози получил время на космическом телескопе "Чандра", чтобы более детально изучить объект. И когда они получили результаты, то увидели четыре пустоты в рентгеновских показаниях "Чандры", совпадающие с четырьмя радиоизлучениями.
Более того, они попытались измерить разницу в возрасте между двумя наборами долей и обнаружили, что их возраст составляет менее 10 миллионов лет - что не слишком отличается в галактическом масштабе времени, говорит Убертоси.
Их небольшой возрастной разрыв подтверждает два возможных объяснения, которые также были выдвинуты авторами исследования 2013 года, когда они обнаружили дополнительный набор лепестков в радиодиапазоне. Объяснение первое: две сверхмассивные черные дыры, вращающиеся по близким орбитам, активизировались одновременно и вызвали появление этих лепестков. Или второе: одна черная дыра была сброшена со своей оси, вероятно, при слиянии с другой черной дырой, и вращалась, извергая свои струи в новом направлении. Но эти дополнительные доли не были замечены ни в одном из прошлых рентгеновских обзоров, которые, вероятно, не имели достаточно длительной экспозиции, говорит Убертоси.
По словам Макдональда, обе идеи подтверждаются теорией, но идея двойной черной дыры кажется ему "более привлекательной", поскольку она может представлять собой еще один способ изучения слияний черных дыр в дополнение к гравитационным волнам.
Результаты работы команды убедительны, но более тонкое изображение в два или три раза сделало бы их достоверными, говорит Макдональд. Эта работа - "лучшее, что мы можем сделать без запуска нового рентгеновского телескопа стоимостью в несколько миллиардов долларов", - говорит он.
Исследователи продолжат изучать галактическое скопление RBS 797. В следующем проекте Убертози надеется разрешить спор о том, был ли четырехлистный клевер создан двумя черными дырами или одной.