Исследовательская группа под руководством Стефани Комосса (MPIfR Bonn, Германия) представляет новые результаты по галактике OJ 287, основанные на самых плотных и продолжительных на сегодняшний день наблюдениях в диапазоне радио- и высоких энергий с помощью таких телескопов, как телескоп Эффельсберга и обсерватория Свифт.
Результаты говорят в пользу пары черных дыр в центре галактики с меньшей массой в 100 миллионов масс Солнца для первичной черной дыры. Таким образом можно решить несколько нерешенных загадок, в том числе очевидное отсутствие последней крупной вспышки OJ 287 и широко обсуждаемый механизм эмиссии во время основных вспышек.
Блазары — это галактики, содержащие мощные долгоживущие струи релятивистских частиц, которые запускаются в непосредственной близости от их центральной сверхмассивной черной дыры.
Когда две галактики сталкиваются и сливаются, образуются сверхмассивные двойные черные дыры. Эти двойные системы представляют большой интерес, поскольку они играют ключевую роль в эволюции галактик и росте сверхмассивных черных дыр. Кроме того, сливающиеся двойные системы являются самыми громкими источниками гравитационных волн во Вселенной. Будущая краеугольная миссия ESA LISA (Космическая антенна лазерного интерферометра) направлена на непосредственное обнаружение таких волн в спектре гравитационных волн. Поиски сверхмассивных двойных систем черных дыр в настоящее время идут полным ходом.
OJ 287 — яркий блазар в направлении созвездия Рака на расстоянии около 5 миллиардов световых лет . Это один из лучших кандидатов на место компактной двойной сверхмассивной черной дыры. Исключительные выбросы радиации, которые повторяются каждые 11-12 лет, являются славой OJ 287. Некоторые из них настолько яркие, что OJ 287 временно становится самым ярким источником такого типа на небе. Его повторяющиеся вспышки настолько примечательны, что для их объяснения в литературе было предложено и обсуждалось несколько различных двойных моделей.
Поскольку вторая черная дыра в системе вращается вокруг другой, более массивной черной дыры, она накладывает полупериодические сигналы на световой поток системы, воздействуя либо на струю, либо на аккреционный диск более массивной черной дыры.
Однако до сих пор не было прямого независимого определения массы черной дыры, и ни одна из моделей не могла быть критически проверена в систематических наблюдательных кампаниях, поскольку в этих кампаниях отсутствовал широкополосный охват, включающий излучение многих различных частот.
Впервые стали использоваться множественные одновременные рентгеновские, ультрафиолетовые и радионаблюдения, а также оптические и гамма-диапазоны. Новые результаты стали возможными благодаря проекту MOMO («Многоволновые наблюдения и моделирование OJ 287»), который является одним из самых плотных и продолжительных проектов многочастотного мониторинга любого блазара с использованием рентгеновских лучей и самым плотным из когда-либо существовавших.
«OJ 287 — отличная лаборатория для изучения физических процессов, царящих в одной из самых экстремальных астрофизических сред: дисков и струй материи в непосредственной близости от одной или двух сверхмассивных черных дыр», — говорит Стефани Комосса из Института Макса Планка. Radio Astronomy (MPIfR), первый автор двух представленных здесь исследований. «Поэтому мы инициировали проект MOMO. Он состоит из высокочастотных наблюдений OJ 287 на более чем 14 частотах от радио до режима высоких энергий в течение многих лет, а также специальных наблюдений на нескольких наземных и космических объектах. когда блазар находится в исключительных состояниях».
Одно исследование было опубликовано в « Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества: письма», а другое — в «Астрофизическом журнале» .
«Тысячи наборов данных уже были собраны и проанализированы. Это делает OJ 287 одним из лучших наблюдаемых блазаров в УФ-рентгеновском радиорежиме», — добавляет соавтор Алекс Краус из MPIfR. «Радиотелескоп Effelsberg и космическая миссия Swift играют центральную роль в проекте».
Телескоп Effelsberg предоставляет информацию в широком диапазоне радиочастот, тогда как обсерватория Neil Gehrels Swift используется для одновременного получения данных в ультрафиолетовом, оптическом и рентгеновском диапазонах. Были добавлены данные высокоэнергетического гамма-излучения из космической обсерватории гамма-излучения Ферми, а также радиоданные с субмиллиметровой решетки (SMA) в Маунакеа/Гавайи.
Джет доминирует в электромагнитном излучении OJ 287 из-за его блазарной природы. Струя настолько яркая, что затмевает излучение аккреционного диска (излучение вещества, падающего в черную дыру), что затрудняет или делает невозможным наблюдение излучения аккреционного диска, как если бы вы смотрели прямо в фару автомобиля.
Однако из-за большого количества наблюдений MOMO, которые плотно покрывали световой поток OJ 287 (новое наблюдение почти через день со Swift), были обнаружены «глубокие затухания». В это время излучение струи быстро затухает, что позволяет исследователям ограничивать излучение аккреционного диска.
Результаты показывают, что диск материи, окружающий черную дыру, по крайней мере в 10 раз слабее, чем считалось ранее, а его светимость оценивается не более чем в 2 x 10 46 эрг/с, что примерно в 5 триллионов раз превышает светимость черной дыры . наше солнце (5 x 10 12 Lʘ).
Впервые масса первичной черной дыры OJ 287 была получена из движения газообразного вещества, связанного с черной дырой. Масса составляет в 100 миллионов раз больше массы нашего Солнца. «Этот результат очень важен, так как масса является ключевым параметром в моделях, изучающих эволюцию этой двойной системы: как далеко разделены черные дыры, как быстро они сольются, насколько силен их гравитационно-волновой сигнал?» — говорит Дирк Груп из Университета Северного Кентукки (США), соавтор обоих исследований.
«Новые результаты подразумевают, что исключительно большая масса черной дыры OJ 287, превышающая 10 миллиардов солнечных масс, больше не требуется; также не требуется особенно светящийся диск материи, аккрецирующий на черную дыру», — добавляет Томас Кричбаум из MPIfR, соавтор статьи ApJ. Результаты скорее говорят в пользу бинарной модели с более скромной массой.
Исследование также решает две старые загадки: очевидное отсутствие последней из ярких вспышек, которыми славится OJ 287, и механизм излучения, стоящий за этими вспышками. Наблюдения MOMO позволяют точно определить время последней вспышки. Это произошло не в октябре 2022 года, как предсказывала модель «огромной массы», а скорее в 2016–2017 годах, которые широко освещались МОМО. Кроме того, радионаблюдения с помощью 100-метрового телескопа Эффельсберга показывают, что эти вспышки носят нетепловой характер, а это означает, что источником энергии вспышек являются струйные процессы.
Результаты MOMO влияют на текущие и будущие стратегии поиска дополнительных двойных систем с использованием крупных крупных обсерваторий, таких как Event Horizon Telescope и, в будущем, обсерватории SKA. Они могут обеспечить прямое радиообнаружение и пространственное разрешение двойных источников в OJ 287 и подобных системах, а также обнаружение гравитационных волн от этих систем в будущем. OJ 287 больше не будет служить целью для систем измерения времени пульсаров из-за полученной массы черной дыры в 100 миллионов солнечных масс , но будет находиться в пределах досягаемости будущих космических обсерваторий (после слияния).
«Наши результаты имеют важное значение для теоретического моделирования двойных систем сверхмассивных черных дыр и их эволюции, для понимания физики аккреции и выброса вещества вблизи сверхмассивных черных дыр, а также для электромагнитной идентификации двойных систем в целом», — говорится в сообщении. Стефани Комосса.
МОМО фон
MOMO (Многоволновые наблюдения и моделирование OJ 287): проект направлен на понимание физики дисковых струй блазара OJ 287, тестирование моделей двойных черных дыр и понимание состояния и эволюции компактных двойных систем. Он был создан в 2015 году и состоит из специализированных высокочастотных, многолетних, многочастотных наблюдений галактики OJ 287 от радио до высокоэнергетического режима. Наблюдения проводятся с частотой до одного раза в сутки. МОМО охватывает все состояния активности OJ 287. При исключительных состояниях OJ 287 проводятся дополнительные наблюдения на дополнительных наземных и космических телескопах, включая глубокую спектроскопию в оптическом и рентгеновском режимах.
Обсерватория Эффельсберг расположена в долине в горах Эйфель недалеко от Бад-Мюнстерайфель-Эффельсберг, примерно в 40 км к юго-западу от Бонна. Он находится в ведении Института радиоастрономии Макса Планка в Бонне. 100-метровый радиотелескоп является одним из крупнейших в мире полностью управляемых однозеркальных радиотелескопов. Он позволяет проводить измерения в широком диапазоне радиочастот от 300 МГц до 90 ГГц.
Обсерватория Нила Герелса Свифта — это космическая многоволновая обсерватория, предназначенная для изучения гамма-всплесков и большого количества других астрофизических объектов с сильно изменчивым излучением. На борту спутника есть три телескопа, которые измеряют в оптическом, ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-диапазонах. Swift является частью программы NASA Medium Explorer (MIDEX) и был запущен на низкую околоземную орбиту в 2004 году.
