Подобно двум борцам сумо, сражающимся друг с другом, самая близкая подтвержденная пара сверхмассивных черных дыр наблюдалась в тесной близости. Они расположены примерно в 300 световых годах друг от друга и были обнаружены с помощью космического телескопа Хаббл и рентгеновской обсерватории Чандра. Эти черные дыры, зарытые глубоко внутри пары сталкивающихся галактик, подпитываются падающим газом и пылью, заставляя их ярко светиться как активные галактические ядра (AGN).

Эта пара AGN является самой близкой, обнаруженной в локальной вселенной с использованием многоволновых (видимый и рентгеновский свет) наблюдений. Хотя ранее было обнаружено несколько десятков «двойных» черных дыр, их разделение обычно намного больше, чем то, что было обнаружено в богатой газом галактике MCG-03-34-64.

Астрономы, использующие радиотелескопы, наблюдали одну пару двойных черных дыр, находящихся еще ближе, чем в MCG-03-34-64, но без подтверждения на других длинах волн.

Двойные AGN, подобные этой, вероятно, были более распространены в ранней Вселенной, когда слияния галактик были более частыми. Это открытие дает уникальный взгляд крупным планом на близлежащий пример, расположенный примерно в 800 миллионах световых лет от нас.

Открытие было счастливым. Высокоразрешенные изображения Хаббла выявили три оптических дифракционных пика, расположенных внутри галактики-хозяина, что указывает на большую концентрацию светящегося кислородного газа в пределах очень небольшой области.

«Мы не ожидали увидеть что-то подобное», — сказала Анна Триндаде Фалькао из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института в Кембридже, штат Массачусетс, и ведущий автор статьи, опубликованной в The Astrophysical Journal .

«Такое изображение не является обычным явлением в близлежащей Вселенной и говорит нам о том, что внутри галактики происходит что-то еще».

Дифракционные пики — это артефакты изображения, возникающие, когда свет из очень маленькой области пространства огибает зеркало внутри телескопа.

Затем команда Фалькао исследовала ту же галактику в рентгеновском свете, используя обсерваторию Чандра, чтобы глубже понять происходящее.

«Когда мы смотрели на MCG-03-34-64 в рентгеновском диапазоне, мы увидели два отдельных мощных источника высокоэнергетического излучения, совпадающих с яркими оптическими точками света, наблюдаемыми с помощью Хаббла. Мы сложили эти части вместе и пришли к выводу, что, вероятно, наблюдаем две близко расположенные сверхмассивные черные дыры», — сказал Фалькао.

Для подтверждения своей интерпретации исследователи использовали архивные радиоданные с Очень Большого Массива Карла Г. Янского около Сокорро, Нью-Мексико. Энергичный дуэт черных дыр также излучает мощные радиоволны.

«Когда вы видите яркий свет в оптическом, рентгеновском и радиодиапазоне, можно исключить множество вещей, придя к выводу, что их можно объяснить только как близкие черные дыры. Если сложить все части вместе, получится картина дуэта активных ядер галактик», — сказал Фалькао.

Третий источник яркого света, обнаруженный Хабблом, имеет неизвестное происхождение, и для его понимания требуется больше данных. Это может быть газ, который сотрясается энергией от струи сверхвысокой скорости плазмы, выпущенной из одной из черных дыр, как струя воды из садового шланга, врезающаяся в кучу песка.

«Мы не смогли бы увидеть все эти тонкости без потрясающего разрешения Хаббла», — сказал Фалькао.

Две сверхмассивные черные дыры когда-то находились в центре своих галактик-хозяев. Слияние галактик привело к тому, что черные дыры оказались в непосредственной близости. Они будут продолжать сближаться по спирали, пока в конечном итоге не сольются — возможно, через 100 миллионов лет — сотрясая ткань пространства и времени как гравитационные волны .

Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория Национального научного фонда (LIGO) обнаружила гравитационные волны от десятков слияний черных дыр звездной массы. Однако более длинные волны, возникающие в результате слияния сверхмассивных черных дыр, выходят за рамки возможностей LIGO.

Детектор гравитационных волн следующего поколения, называемый миссией LISA (Laser Interferometer Space Antenna), будет состоять из трех детекторов в космосе, разделенных миллионами миль, для захвата этих более длинноволновых гравитационных волн из глубокого космоса. ESA (Европейское космическое агентство) возглавляет эту миссию в партнерстве с NASA и другими участвующими институтами, запуск запланирован на середину 2030-х годов.