Pierwsze wspólne zdjęcie dwóch czarnych dziur

To historyczny moment: właśnie sfotografowano dwie czarne dziury razem

9 października 2025 r. międzynarodowy zespół opublikował obraz radiowy, który po raz pierwszy ukazuje dwie supermasywne czarne dziury dzielące tę samą orbitę wewnątrz blazara znanego jako OJ287 — odkrycie, które zespół nazywa historycznym i które rozwiązuje długotrwałą zagadkę astronomiczną. Dwa zwarte źródła radiowe znajdują się tam, gdzie przewidywały to niezależne modele orbitalne, a mniejszy towarzysz wydaje się wystrzeliwać spiralny dżet, który wygląda, jakby wąż ogrodowy był obracany podczas rozpylania cząstek z prędkością bliską prędkości światła. Interpretacja ta, podobnie jak sam obraz, opiera się na interferometrii radiowej o bardzo długiej bazie, która połączyła teleskopy ziemskie z archiwalnymi danymi z kosmicznych radioteleskopów i jest zgodna z trwającymi od dekad pomiarami czasu oraz przewidywaniami rozbłysków optycznych dla OJ287.

To historyczny moment: dwie czarne dziury w OJ287

OJ287 był dla astronomów wyzwaniem i obietnicą przez ponad wiek: obiekt był widoczny na archiwalnych płytach fotograficznych z XIX wieku, a od lat 80. XX wieku argumentowano, że jego regularny, 12-letni wzorzec jasnych rozbłysków optycznych wynika z obecności układu podwójnego czarnych dziur. Model ten — dopracowywany przez dziesięciolecia przez grupy pod przewodnictwem Uniwersytetu w Turku, Tata Institute i inne — przewidywał czas i geometrię powtarzających się rozbłysków, a nowy obraz radiowy lokalizuje dwa zwarte emitery radiowe dokładnie tam, gdzie te modele umiejscawiały pierwotną i wtórną czarną dziurę. Dla wielu badaczy jest to pierwsze bezpośrednie potwierdzenie przestrzenne, że oscylacje jasności rzeczywiście pochodzą z powiązanej pary, a nie z pojedynczego, precesującego dżetu.

To historyczny moment: dwie czarne dziury — instrumenty i technika obrazowania

Uwiecznienie dwóch czarnych dziur na wzajemnej orbicie wymagało najostrzejszego dostępnego „radiowego wzroku”. Zespół wykorzystał interferometrię o bardzo długiej bazie (VLBI), łącząc sygnały z międzynarodowej sieci naziemnych radioteleskopów oraz kosmicznych baz pomiarowych dostarczonych przez misję RadioAstron (Spektr-R), której antena znajdowała się niegdyś mniej więcej w połowie drogi do Księżyca, co drastycznie poprawiło rozdzielczość kątową. Ten zestaw danych VLBI (ziemskich i kosmicznych) zapewnia efektywną zdolność rozdzielczą odpowiadającą obrazowaniu monety na Księżycu i był niezbędny do odseparowania dwóch zwartych źródeł radiowych wewnątrz jasnego jądra OJ287. Co kluczowe, o obecności czarnych dziur wnioskuje się na podstawie ich radiowych dżetów i zwartych „gorących punktów” na mapie interferometrycznej — same dziury pozostają niewidoczne, ujawniane jedynie przez energetyczne struktury, które emitują.

Masy, separacja i co zdjęcie mówi o grawitacji

Wnioskując ze zmierzonych mas i 12-letniego okresu, dynamika keplerowska daje przybliżoną półoś wielką rzędu 1–2×10^4 jednostek astronomicznych (około 0,05–0,1 parseka, czyli kilka dziesiątych roku świetlnego). Liczba ta jest przybliżonym, newtonowskim szacunkiem pochodzącym z opublikowanych mas i okresu orbitalnego i powinna być odczytywana jako fizyczna skala rzędu wielkości, a nie bezpośredni pomiar wykazany na obrazie radiowym. Istotne jest to, że para ta jest niezwykle zwarta w kategoriach astronomicznych, a przy odległości OJ287 — około pięciu miliardów lat świetlnych od Ziemi — ich separacja kątowa na niebie jest znikoma, dlatego do ich rozdzielenia konieczna była technika VLBI z bazą kosmiczną.

OJ287 był już wykorzystywany jako laboratorium do testowania ogólnej teorii względności: przewidywane rozbłyski uderzeniowe i precesja periastronu w modelu binarnym dostarczyły pośrednich testów dynamiki relatywistycznej i utraty energii poprzez fale grawitacyjne. Nowy, bezpośredni obraz sam w sobie nie zastępuje tych testów, ale kotwiczy geometrię układu w przestrzeni i daje obserwatorom rzadką szansę na śledzenie relatywistycznego ruchu orbitalnego i zmieniającej się orientacji dżetu w czasie rzeczywistym — co stanowi bezpośrednie badanie grawitacji silnych pól, precesji czasoprzestrzeni i powiązania między orbitą a fizyką akrecji.

Zachowanie dżetów, niejednoznaczność i dlaczego dalsze badania są istotne

Co obraz oznacza dla przyszłych obserwacji i fal grawitacyjnych

Znalezienie dającego się rozdzielić supermasywnego układu podwójnego w skali parseków lub ich ułamków to wielkie wydarzenie dla astronomii wielokanałowej. Układy takie jak OJ287 są kandydatami na emitery nanohercowych fal grawitacyjnych, które starają się zmierzyć sieci pomiaru czasu pulsarów. Zlokalizowany przestrzennie i zamodelowany układ podwójny stanowi astrofizyczny punkt odniesienia dla tych niskoczęstotliwościowych poszukiwań i daje teoretykom dobrze określony cel do przewidywania form fal i czasu zacieśniania się orbit. W krótszych skalach czasowych monitorowanie orientacji dżetu w miarę postępu orbity pozwoli przetestować modele powstawania dżetów, geometrii magnetycznej i oddziaływań dysk–towarzysz; naukowcy już planują kontynuację badań VLBI, która pozwoli śledzić oczekiwane „machanie” dżetu wtórnej czarnej dziury w wielu fazach jej 12-letniej orbity.

Jak ten obraz odpowiada na długo zadawane pytania

Przez dziesięciolecia pytano, czy aktywne jądra galaktyk wykazujące okresowe zmiany jasności kryją dwie czarne dziury, czy tylko złożoną fizykę akrecji i dżetów. Obraz OJ287 nie rozstrzyga samodzielnie każdej alternatywy, ale zapewnia przestrzenne potwierdzenie, które pasuje do długiej historii przewidywań czasowych — czegoś, czego testy pośrednie nigdy nie mogły w pełni dostarczyć. Łącząc radiowe „gorące punkty” z niezależnie wyprowadzonymi modelami orbitalnymi, praca ta zawęża dostępną przestrzeń parametrów dla alternatywnych wyjaśnień z jedną czarną dziurą i ustanawia nowy punkt odniesienia dla badań nad ewolucją układów podwójnych, precesją relatywistyczną i reakcją dżetu na ruch orbitalny.

Następne kroki i gdzie szukać

Ponieważ tezy te opierają się na złożonej rekonstrukcji VLBI i dopasowaniu wymodelowanych faz orbitalnych, uwaga badaczy skupi się teraz na weryfikacji. Oznacza to więcej obserwacji VLBI z gęstym pokryciem baz, nowe koncepcje kosmicznego VLBI przywracające bazy pomiarowe na poziomie misji RadioAstron, kampanie wielozakresowe mające na celu powiązanie struktury radiowej z rozbłyskami optycznymi i rentgenowskimi oraz staranne monitorowanie polarymetryczne, aby sprawdzić, czy poskręcana struktura rzeczywiście jest rotującym dżetem. Jeśli powtórne obrazowanie wykaże kołysanie dżetu wtórnej czarnej dziury w sposób przewidziany przez obecne modele, dowody staną się z wysoce przekonujących niepodważalne — a OJ287 stanie się najbliższym nam bezpośrednio obserwowanym, powoli ewoluującym laboratorium supermasywnych układów podwójnych.

Źródła

• University of Turku (komunikat prasowy i materiały badawcze na temat OJ287)
• The Astrophysical Journal (recenzowana praca opisująca wyniki obrazowania radiowego)
• Misja RadioAstron / Spektr-R (kosmiczne obserwatorium VLBI wykorzystane w zestawie danych)
• Astronomy & Astrophysics (badania dżetów VLBI i polaryzacji, prace zespołu Event Horizon Telescope)