Впервые в истории астрономии учёным удалось зафиксировать радиоволновое изображение пары сверхмассивных чёрных дыр, обращающихся по орбитам друг вокруг друга, что стало первым прямым свидетельством существования двойных систем таких объектов. Ключевую роль в получении снимка этой уникальной пары в ядре квазара OJ287 сыграл российский радиотелескоп RadioAstron, чья исключительная разрешающая способность сделала это достижение возможным.
Слева: схематическое представление двух чёрных дыр и их джетов, справа: две соседствующие чёрные дыры (нижнее и центральное пятно) и яркий джет от второй из них (верхнее пятно). Источник изображения: arXiv 2025
RadioAstron представляет собой международный проект радиоинтерферометра с базой 340 тысяч километров, где космический радиотелескоп установлен на российском аппарате «Спектр-Р», выведенном на орбиту в 2011 году. Потенциал этой системы значительно превосходит возможности Телескопа горизонта событий — сети наземных радиотелескопов, десятилетие назад впервые запечатлевших сверхмассивную чёрную дыру M87*. Именно RadioAstron позволил различить в центре OJ287 две самостоятельные чёрные дыры как массивные тела, а не просто светящиеся точки, связанные орбитальным движением вокруг общего центра тяжести, а также визуализировать джеты каждой из них.
Обработку данных наблюдений за OJ287 с использованием космического радиотелескопа RadioAstron провела научная группа из Университета Турку (Финляндия). На созданном ими изображении отчётливо видны яркие потоки частиц, испускаемые обеими дырами: доминирующей чёрной дырой массой приблизительно 18 миллиардов солнечных и её меньшим компаньоном массой около 150 миллионов солнечных. Ранее астрономам удавалось получать радиоизображения исключительно одиночных чёрных дыр: в центре нашей Галактики и в ядре галактики M87. Двойные системы до этого момента никто не наблюдал непосредственно.
Квазар OJ287 относится к наиболее ярким небесным объектам, доступным для наблюдения даже через любительские телескопы. Его уникальная особенность, давно отмеченная наблюдателями, заключается в 12-летнем цикле колебаний яркости. Исследователи давно связали эту периодичность с орбитальным движением пары чёрных дыр вокруг общего центра масс. Этот объект был случайно запечатлён ещё в XIX столетии и впервые попал на ранние астрономические снимки, однако его природа оставалась неразгаданной до 1980-х годов. Прогресс в теории эволюции чёрных дыр позволил теоретически объяснить процессы в OJ287 через динамику гравитационно связанной пары сверхмассивных чёрных дыр.
Траектория движения чёрных дыр в системе OJ287 была вычислена четырьмя годами ранее исследователем из Туркуского университета, что впоследствии дало возможность определять их местоположение. Космическая обсерватория NASA TESS в период 2019–2020 годов зарегистрировала излучение от обеих дыр как совокупный свет их аккреционных дисков, однако из-за ограниченной разрешающей способности они воспринимались как единый объект. Для детализации требовалось сверхвысокое разрешение — в 100 000 раз превосходящее возможности оптических телескопов, достижимое лишь методами радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой. Аппарат RadioAstron с базой около 340 тысяч километров оказался для этих целей наиболее совершенным из доступных инструментов.
Проведённые измерения позволили сопоставить результаты с теоретической моделью, продемонстрировав абсолютное соответствие расчётов и экспериментальных данных. Знаковым достижением стало выявление «колеблющегося» потока частиц от меньшей чёрной дыры — её джет извивался в пространстве подобно собачьему хвосту под влиянием центробежных и гравитационных воздействий во время обращения меньшего объекта вокруг массивной компаньонки. Наблюдаемый феномен, для наглядности также уподобляемый извивающейся струе из поливочного шланга, раскрывает механику взаимодействия в системе и создаёт основу для предсказания её дальнейшей эволюции.
Визуализация построена на материалах RadioAstron за 2017 год, когда аппарат находился на максимальном удалении от Земли на полпути к Луне для достижения предельной разрешающей способности; в последующие периоды применялись исключительно наземные обсерватории. Как отмечает руководитель научной группы, проведённое исследование не только подтверждает реальность двойных систем чёрных дыр, но и закладывает фундамент для анализа их развития накануне гравитационного объединения.
