Grawitacyjne samosoczewkowanie podwójnych masywnych czarnych dziur

„Masywna” czarna dziura to taka, której masa jest większa niż około 100 000 mas Słońca. Znajdują się one w centrach większości galaktyk, a kiedy aktywnie akreują gaz i pył na otaczający je gorący dysk, promieniują w całym spektrum elektromagnetycznym i są klasyfikowane jako aktywne jądra galaktyk (AGN).

Większość galaktyk brała udział w połączeniu z inną galaktyką podczas swojego życia (w istocie, interakcje te są ważnym etapem w ewolucji galaktyk), a kiedy się połączą, ich dwie masywne czarne dziury mogą tworzyć układy podwójne, wzajemnie się okrążające. Takie układy podwójne są rzadkie; teoretyczne szacunki mówią, że tylko jedna aktywna galaktyka na tysiąc będzie gospodarzem układu podwójnego masywnych czarnych dziur (MBH). Mimo to, astronomowie uważają, że znalezienie podwójnych MBH jest możliwe. Takie układy podwójne są obiecującym źródłem fal grawitacyjnych, które powinny być wykrywalne podczas ich podróży obok pulsarów poprzez sposób, w jaki zniekształcają czas precyzyjnej pulsacyjnej emisji radiowej pulsarów. Ponadto, przewiduje się, że podwójne masywne czarne dziury, które akreują materię, emitują słabe sygnały elektromagnetyczne w całym spektrum. Jednak do tej pory nie zaobserwowano żadnego z tych efektów i nie wykryto definitywnie żadnej podwójnej MBH.

Astronom CfA Rosanne DiStefano i jej współpracownicy zidentyfikowali trzecią metodę wykrywania podwójnych masywnych czarnych dziur przy użyciu techniki, którą ich zespół po raz pierwszy zasugerował w 2018 roku. Proponują oni poszukiwanie zmienności w sygnale optycznym wywołanej soczewkowaniem grawitacyjnym przez same MBH, światła emitowanego przez materię akrecyjną w otaczającym ich dysku. Zmienne krzywe blasku były z powodzeniem wykorzystywane do wykrywania soczewkowania grawitacyjnego np. od egzoplanet, ponieważ zniekształcają one światło gwiazd tła. Naukowcy wykorzystują komputerową symulację ewolucji galaktyk Illustris do oszacowania częstotliwości, orientacji, akrecji i innych własności podwójnych masywnych czarnych dziur. Astronomowie przewidują, bazując na możliwościach przeglądu Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time, że może zostać z powodzeniem wyrytych od dziesięciu do stu grawitacyjnie samosoczewkujących podwójnych MBH, nawet po uwzględnieniu wielu komplikujących efektów, takich jak przesłonięcie pyłem czy wewnętrzna zmienność AGN. Wyniki były znaczące, nie tylko pomagając udowodnić istnienie układów podwójnych masywnych czarnych dziur, ale także w badaniu parametrów orbitalnych i ich akrecyjnej aktywności.

Więcej informacji:

• Gravitational Self-Lensing of Massive Black Hole Binaries
• Gravitational self-lensing in populations of massive black hole binaries

Źródło: CfA

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Na ilustracji: Obserwatorium Very Rubin. Źródło: Vera C. Rubin Observatory