Mrk 501: Обнаружена первая тесная пара сверхмассивных чёрных дыр

Художественная иллюстрация показывает центр галактики Маркарян 501, из которого исходят два мощных джета. Радионаблюдения представлены в виде контуров на фоне. 

Credit: Emma Kun / HUN-REN Konkoly Observatory / при поддержке ИИ

Nina Brinkmann, Max Planck Society, phys.org, 7 апреля 2026 года

Сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик — одна из самых активно изучаемых областей современной астрономии. Чтобы набрать свои колоссальные массы, они должны сливаться друг с другом. Группа исследователей под руководством Сильке Бритцен из Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR, Бонн) нашла прямые доказательства существования двух сверхмассивных чёрных дыр в галактике Маркарян 501, которые вращаются очень близко друг к другу. Возможно, это первый случай, когда обнаружена пара, находящаяся на пороге слияния. Это даёт уникальную возможность лучше понять ключевой процесс эволюции галактик.

Результаты подтверждают, что в центре почти каждой крупной галактики находится сверхмассивная чёрная дыра с массой в миллионы или даже миллиарды масс Солнца. Однако до сих пор не ясно, как они достигают таких величин. Одного лишь аккреционного накопления газа недостаточно — этот процесс занял бы слишком много времени. Вероятно, существенную роль играют слияния чёрных дыр. Поскольку столкновения галактик — обычное явление во Вселенной, вполне логично, что их центральные чёрные дыры также со временем сближаются, вращаются друг вокруг друга и в итоге сливаются.

Следы в джетах

Тем не менее, теоретические модели пока плохо описывают финальную стадию этого процесса. Более того, несмотря на частоту галактических столкновений, надёжно обнаружить тесную пару сверхмассивных чёрных дыр до сих пор не удавалось. Новое исследование галактики Маркарян 501 (Mrk 501) в созвездии Геркулеса изменило ситуацию. Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Чёрная дыра в центре Mrk 501 выбрасывает мощный джет частиц, движущихся почти со скоростью света. Исследователи проанализировали высокоточные радионаблюдения, охватывающие различные частоты и собранные за ~23 года. Данные показали не один, а два джета. Это первое прямое свидетельство подобной системы в центре галактики и явный признак наличия второй сверхмассивной чёрной дыры.

«Мы так долго её искали, и оказалось неожиданным, что мы не только увидели второй джет, но и смогли проследить его движение», — отмечает Бритцен.

Танец чёрных дыр

Первый джет направлен почти точно на Землю, поэтому он давно известен и выглядит очень ярким. Второй ориентирован иначе, из-за чего его сложнее обнаружить. За несколько недель наблюдений астрономы зафиксировали заметные изменения: второй джет появляется позади более массивной чёрной дыры и движется вокруг неё против часовой стрелки. Этот процесс повторяется.

«Анализ данных напоминал путешествие на корабле — вся система джетов находится в движении. Это можно объяснить наличием двух чёрных дыр: их орбитальная плоскость колеблется», — объясняет Бритцен.

В один из дней наблюдений (июнь 2022 года) излучение достигло Земли по искривлённому пути и выглядело как кольцо — так называемое кольцо Эйнштейна. Наиболее вероятное объяснение — идеальное выравнивание системы относительно наблюдателя, при котором гравитационное линзирование передней чёрной дырой сформировало изображение джета, расположенного позади.

Анализ временной эволюции и периодичности яркости позволил установить, что чёрные дыры совершают оборот друг вокруг друга примерно за 121 день. Расстояние между ними составляет всего 250–540 астрономических единиц — крайне мало для объектов с массами от 100 миллионов до миллиарда солнечных. В зависимости от точных параметров, они могут сблизиться и слиться всего за ~100 лет.

Отсчёт до финала

Из-за огромного расстояния до Mrk 501 даже самые мощные телескопы не могут напрямую различить две чёрные дыры. Даже Телескоп горизонта событий (EHT) не обладает достаточным разрешением. Однако их сближение можно будет зафиксировать косвенно: система должна излучать гравитационные волны очень низкой частоты, доступные для регистрации с помощью пульсарных тайминговых массивов (PTA).

Бинарные системы сверхмассивных чёрных дыр уже рассматриваются как основное объяснение фона гравитационных волн, обнаруженного в 2023 году. Теперь Mrk 501 становится ключевым кандидатом, позволяющим связать этот фон с конкретной системой.

«Если гравитационные волны будут обнаружены, мы, возможно, увидим, как их частота растёт по мере сближения чёрных дыр — это даст редкую возможность наблюдать слияние сверхмассивных чёрных дыр в реальном времени», — отмечает соавтор Эктор Оливарес.

Домашнее чтение:

📖 - https://dx.doi.org/10.1093/mnras/stag291

✊

----

Реплика д-ра Макса:

Вот это уже по-настоящему вкусная находка. Не просто очередная чёрная дыра с джетом, а живая бинарная система почти на финальной орбите. Фактически мы смотрим на репетицию слияния сверхмассивных гигантов — и не в моделях, а в реальных данных.

Особенно красиво, что сигнал «выдал себя» через геометрию джетов. Второй джет — это не просто дополнительная структура, это динамический маркер орбитального движения. Когда система начинает «качать» плоскость, ты понимаешь: там не один объект, там танец.

И да, 121 день для таких масс — это уже плотный контакт. По космическим меркам они почти соприкасаются. Если оценка верна, мы буквально вблизи финального акта — десятки, максимум сотня лет до слияния.

Самое интересное впереди: если PTA поймают гравитационные волны именно от этой системы, это будет первая привязка «конкретный источник ↔ фон гравитационных волн». Тогда вся картина сборки галактик через слияния станет куда более осязаемой.

В общем, редкий случай, когда теория, наблюдения и немного удачи сошлись в одной точке. И теперь остаётся только смотреть, как Вселенная доведёт эту систему до конца.

🍺