खगोलविदों ने सक्रिय आकाशगंगा मार्केरियन 501 (संक्षेप में मिस्टर 501) के केंद्र में दो सुपरमैसिव ब्लैक होल से बनी एक संदिग्ध तंग बाइनरी प्रणाली की खोज की। प्रासंगिक शोध का नेतृत्व जर्मनी में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर रेडियो एस्ट्रोनॉमी द्वारा किया गया था और इसे रॉयल एस्ट्रोनॉमिकल सोसायटी के मासिक नोटिस द्वारा स्वीकार किया गया है।
दीर्घकालिक उच्च-रिज़ॉल्यूशन रेडियो अवलोकनों से पता चलता है कि आकाशगंगा के मूल में न केवल एक लंबे समय से ज्ञात शक्तिशाली कण जेट है (जेट लगभग प्रकाश की गति से उत्सर्जित उच्च-ऊर्जा कणों की एक धारा को संदर्भित करता है), बल्कि एक दूसरा जेट भी छिपा हुआ है, जो एक दूसरे के बेहद करीब परिक्रमा करने वाले सुपरमैसिव ब्लैक होल की एक जोड़ी के लिए प्रत्यक्ष प्रमाण प्रदान करता है।
वर्तमान शोध से पता चलता है कि लगभग हर बड़ी आकाशगंगा एक सुपरमैसिव ब्लैक होल के केंद्र में रहती है जिसका द्रव्यमान सूर्य से लाखों से अरबों गुना अधिक होता है। हालाँकि, केवल आसपास की गैस जमा करके ब्रह्मांड की उम्र के भीतर इस तरह के "आकार" तक बढ़ना मुश्किल है। इसलिए, ब्लैक होल के बीच विलय को "मोटा" करने के महत्वपूर्ण तरीकों में से एक माना जाता है। आकाशगंगाओं के बीच टकराव देखना असामान्य नहीं है, और यह भी अनुमान लगाया गया है कि इन आकाशगंगाओं के केंद्रों में ब्लैक होल धीरे-धीरे गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में करीब आएँगे और अंततः विलीन हो जाएँगे। हालाँकि, इस "अंतिम चरण" का वर्णन करने में सैद्धांतिक मॉडल अभी भी अपूर्ण हैं, और इमेजिंग द्वारा "क्लोज बाइनरी ब्लैक होल" प्रणाली की पहले कभी भी विश्वसनीय पुष्टि नहीं की गई है। मिस्टर 501 का यह अवलोकन इस लंबे समय से चली आ रही खगोलभौतिकी तस्वीर के लिए एक महत्वपूर्ण पहेली टुकड़ा प्रदान करता है।
शोध दल ने लगभग 23 वर्षों तक विभिन्न रेडियो आवृत्तियों पर श्री मार्क 501 के मुख्य क्षेत्र में अवलोकन डेटा का व्यवस्थित विश्लेषण किया। डेटा दुनिया भर में वितरित रेडियो दूरबीनों के एक नेटवर्क से आया है, जो अत्यधिक उच्च कोणीय रिज़ॉल्यूशन बनाता है। परिणामों से पता चला कि ज्ञात जेट के अलावा जो पृथ्वी की ओर इशारा करता था और विशेष रूप से उज्ज्वल था, डेटा में एक दूसरा जेट भी छिपा हुआ था। इसकी दिशा स्पष्ट रूप से पहले जेट से भिन्न थी, और इसने कुछ ही हफ्तों में महत्वपूर्ण स्थिति में बदलाव दिखाया। बहु-युग डेटा की तुलना के साथ, खगोलविदों ने न केवल दूसरे जेट को "देखा", बल्कि इसकी कक्षा को भी ट्रैक किया, जिसे एक अन्य ब्लैक होल के चारों ओर इसकी कक्षा के प्रक्षेपण प्रभाव के रूप में व्याख्या किया गया था।
अवलोकन रिकॉर्ड से पता चलता है कि दूसरा जेट अधिक द्रव्यमान वाले ज्ञात ब्लैक होल के पीछे से उत्सर्जित होता प्रतीत होता है और वामावर्त दिशा में परिक्रमा करता है, जो निरंतर अवलोकनों में आवधिक विस्थापन परिवर्तन दिखाता है, जैसे कि संपूर्ण जेट प्रणाली "लहरा रही है।" अनुसंधान दल ने इस घटना को बाइनरी ब्लैक होल प्रणाली के कक्षीय तल के झूले के रूप में समझाया: दो ब्लैक होल एक-दूसरे की परिक्रमा करते हैं, जिससे जेट की दिशा और हमारी दृष्टि रेखा के बीच का कोण लगातार बदलता रहता है। जून 2022 में एक अवलोकन में, जेट प्रणाली से विकिरण अत्यंत "तिरछे" रास्ते से पृथ्वी पर आया। ज्ञात अग्रभूमि ब्लैक होल के मजबूत गुरुत्वाकर्षण के झुकने के प्रभाव के तहत, पीछे के जेट से प्रकाश को लगभग रिंग के आकार की संरचना में "खींच" लिया गया, जिसे तथाकथित "आइंस्टीन रिंग" कहा जाता है। यह इस स्पष्टीकरण के लिए मजबूत समर्थन प्रदान करता है कि "अग्रभूमि ब्लैक होल गुरुत्वाकर्षण लेंस के रूप में कार्य करता है, और पृष्ठभूमि जेट दूसरे ब्लैक होल से आता है।"
जेट की चमक में बदलाव और स्थिति विकास की आवधिकता का विश्लेषण करके, अनुसंधान टीम ने गणना की कि दो ब्लैक होल को एक-दूसरे की परिक्रमा करने में लगभग 121 दिन लगते हैं। उनके बीच की दूरी पृथ्वी और सूर्य के बीच की दूरी का लगभग 250 से 540 गुना होने का अनुमान है - सामान्य तारों के लिए यह अभी भी एक बड़ा पैमाना है, लेकिन 100 मिलियन से 1 बिलियन सौर द्रव्यमान वाले सुपरमैसिव ब्लैक होल के लिए, यह दूरी पहले से ही काफी "कड़ी" है। द्रव्यमान सीमा और कक्षीय मापदंडों के आधार पर, यह द्विआधारी ब्लैक होल प्रणाली अंततः लगभग 100 वर्षों में गुरुत्वाकर्षण विकिरण के कारण कक्षीय ऊर्जा के नुकसान के कारण विलीन हो सकती है। इस समय पैमाने को ब्रह्मांड के विकास में "आसन्न" माना जाता है।
उल्लेखनीय है कि हालांकि दोनों ब्लैक होल स्वयं बेहद विशाल हैं, क्योंकि मिस्टर 501 पृथ्वी से बहुत दूर है, यहां तक कि इवेंट होरिजन टेलीस्कोप (ईएचटी), जिसने ब्लैक होल के "इवेंट होराइजन" की रिंग संरचना की तस्वीर खींची है, वर्तमान में उन्हें दो स्वतंत्र खगोलीय पिंडों में सीधे विघटित करने में असमर्थ है। जैसे-जैसे कक्षीय त्रिज्या और सिकुड़ती जाएगी, बाइनरी ब्लैक होल सिस्टम के "अंतिम घूर्णन चक्र" को सीधे इमेजिंग में देखना मुश्किल होगा, लेकिन वैज्ञानिकों को एक और "सिग्नल" - बेहद कम आवृत्ति बैंड में गुरुत्वाकर्षण तरंग विकिरण के माध्यम से इसके अंतिम चरणों को पकड़ने की उम्मीद है। इन संकेतों का पता "पल्सर टाइमिंग एरे" (पीटीए) अवलोकन विधि के माध्यम से लगाए जाने की उम्मीद है, जो मिलीसेकंड पल्सर की आवधिक सूक्ष्म गड़बड़ी की सटीक निगरानी करके ब्रह्मांड की बड़े पैमाने पर गुरुत्वाकर्षण तरंग पृष्ठभूमि को "सुनता" है।
वास्तव में, सुपरमैसिव ब्लैक होल बायनेरिज़ पहले से ही 2023 में यूरोपीय पल्सर टाइमिंग एरे जैसी टीमों द्वारा रिपोर्ट किए गए "गुरुत्वाकर्षण तरंग पृष्ठभूमि" सिग्नल को समझाने के लिए मुख्य उम्मीदवार स्रोतों में से एक हैं। श्री मार्क 501 अब एक बहुत ही मूल्यवान "लक्ष्य प्रयोगशाला" बन गया है, जिससे विशिष्ट बाइनरी ब्लैक होल सिस्टम के साथ पीटीए द्वारा मापे गए कुछ कम आवृत्ति वाले गुरुत्वाकर्षण तरंग संकेतों को सीधे अनुरूप करने की उम्मीद है, जो पिछले सांख्यिकीय "पृष्ठभूमि" को खगोलीय पिंडों की स्पष्ट पहचान देता है। अनुसंधान सहयोगियों ने बताया कि यदि भविष्य में इस स्रोत की दिशा में गुरुत्वाकर्षण तरंगों को सफलतापूर्वक पकड़ा जा सकता है, तो न केवल ब्लैक होल के करीब आने की प्रक्रिया के अनुरूप, समय के साथ उनकी आवृत्ति धीरे-धीरे बढ़ने की उम्मीद है, बल्कि वे पहली बार "सुपरमैसिव ब्लैक होल विलय" के पैमाने पर "वास्तविक समय ट्रैकिंग" विकास रिकॉर्ड के करीब भी प्राप्त करने में सक्षम हो सकते हैं।
इस अध्ययन में, मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर रेडियो एस्ट्रोनॉमी के सिल्के ब्रिटज़ेन, फ्रेडरिक जारोन और निकोलस रॉय मैकडोनाल्ड को सह-लेखक के रूप में हस्ताक्षरित किया गया है, और प्रासंगिक परिणाम रॉयल एस्ट्रोनॉमिकल सोसायटी के मासिक नोटिस में प्रकाशित किए जाएंगे। मिस्टर 501 के केंद्र में सुपरमैसिव ब्लैक होल बाइनरी सितारों की यह जोड़ी न केवल यह समझने के लिए एक महत्वपूर्ण मामला प्रदान करती है कि आकाशगंगा के केंद्र में ब्लैक होल कैसे बढ़ता है, बल्कि पल्सर टाइमिंग के आधार पर भविष्य के गुरुत्वाकर्षण तरंग खगोल विज्ञान के लिए एक दुर्लभ "फायरिंग रेंज" भी खोलता है, जिससे मनुष्य अगले कुछ दशकों से लेकर सैकड़ों वर्षों में अपनी आंखों से एक ब्रह्मांडीय पैमाने के "ब्लैक होल विलय" को देख सकते हैं।