Притяжение черных дыр настолько велико, что покинуть их не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, включая сам свет.

В связи с этим такие явления, как слияния черных дыр, можно идентифицировать только путем обнаружения их гравитационных волн — ряби в пространстве-времени, порождаемой движением массивных тел с переменным ускорением.

Это событие предсказал еще Альберт Эйнштейн на основании Общей теории относительности, но он не думал, что гравитационные волны когда-либо будут обнаружены. Они казались слишком слабыми, чтобы уловить их на Земле среди шума и вибраций. На протяжении 100 лет казалось, что Эйнштейн был прав. Но в 2015 году гравитационные волны были обнаружены экспериментально обсерваторией LIGO и детектором Virgo от слияния двух черных дыр на расстоянии 1,3 миллиарда световых лет.

Теперь наблюдение гравитационных волн от слияния черных дыр стало распространенным событием. Так, 21 мая 2019 года ученые из Калифорнийского технологического института зафиксировали событие, обозначенное как S190521g. Они задокументировали гравитационные волны от слияния двух черных дыр на расстоянии 7,5 миллиарда световых лет от Земли.

В то же время астрономы Паломарской обсерватории в Сан-Диего проводили поиск транзиентов — меняющих яркость объектов. Через 34 дня после события S190521g они обнаружили вспышку света именно в области слияния черных дыр. Такое странное совпадение во времени заинтересовало исследователей.

Эта вспышка могла появиться в результате обычных взрывов в аккреционном диске сверхмассивной черной дыры, но до этого диск был относительно спокойным в течение 15 лет. Поэтому ученые выдвинули новую версию произошедшего.

«Сверхмассивная черная дыра в центре галактики J1249+3449, где произошла вспышка GW190521g, мирно „спала“ на протяжении долгого времени перед тем, как возник этот всплеск. Он образовался в то же время и в том же месте, откуда появились гравитационные волны. Мы считаем, что источником этой вспышки было слияние черных дыр, однако пока нельзя исключать и другие сценарии», — Мэттью Грэм, ведущий автор работы и руководитель обсерватории Zwicky Transient Facility (ZTF).

Согласно сценарию, предложенному Грэмом, пара столкнувшихся черных дыр звездной массы вращалась внутри диска аккреции из раскаленной материи и газа вокруг сверхмассивной черной дыры. Как только меньшие черные дыры соединились, новообразовавшаяся черная дыра получила импульс, пройдя через газ аккреционного диска вокруг сверхмассивной черной дыры. Ударная волна разогрела газ, создав эту кратковременную вспышку света.

По расчетам авторов работы, две слившиеся черные дыры имели общую массу примерно в 100 раз превышающую массу Солнца. После слияния новообразовавшаяся черная дыра прошла сквозь аккреционный диск со скоростью около 700 000 километров в час. В будущем она должна повернуть назад благодаря гравитационному притяжению диска, что вызовет еще одну вспышку в конце 2020 или начале 2021 года. Если это произойдет, теорию можно будет считать подтвержденной.

Обсерватория LIGO, базирующийся в Соединенных Штатах, и детектор Advanced Virgo в Италии, обнаружили много пар сливающихся черных дыр, но ученые не знают, как черные дыры находят друг друга. Предыдущая работа была сосредоточена на черных дырах, встречающихся в скоплении звезд. Возможность того, что они могут соединиться в аккреционном диске, является новой гипотезой.