Впервые астрономы наблюдают, как черная дыра «просыпается» в режиме реального времени
Черная дыра - страшное понятие, но загадочный узел физики и пространства-времени не всегда поглощает материю. Хотя черные дыры известны тем, что пожирают все и вся в своем гравитационном притяжении, они не являются постоянно разрушительными. Более того, они часто демонстрируют длительные периоды бездействия. Астрономы никогда не наблюдали, как черная дыра «просыпается» в реальном времени - до сих пор.
Исследователи провели последние несколько лет, наблюдая за пробуждением черной дыры, находящейся на расстоянии около 300 миллионов световых лет от Земли. И то, что им удалось зафиксировать, бросает вызов господствующим теориям о жизненном цикле черных дыр. Новаторские наблюдения подробно описаны в исследовании, опубликованном 11 апреля в журнале Nature Astronomy.
На протяжении десятилетий сверхмассивная черная дыра, закрепленная в галактике SDSS1335+0728 в созвездии Девы, не проявляла особой активности. Но в конце 2019 года астрономы заметили, что она начала испускать периодические яркие вспышки энергии. Вскоре они переклассифицировали центр галактики в активное галактическое ядро, прозванное «Ански», и привлекли телескопы НАСА и ЕКА для изучения этого неожиданного явления.
«Когда мы впервые увидели свет Ански на оптических снимках, мы начали последующие наблюдения с помощью рентгеновского космического телескопа НАСА Swift и проверили архивные данные рентгеновского телескопа eROSITA, но на тот момент мы не обнаружили никаких признаков рентгеновского излучения», - говорится в заявлении Паулы Санчес-Саес, научного сотрудника Европейской южной обсерватории в Германии и ведущего исследователя первой группы, изучавшей Ански.
В феврале 2024 года Лорена Эрнандес-Гарсия из чилийского Университета Вальпараисо начала обнаруживать еще более регулярные рентгеновские всплески от Ansky. Редкие события позволили астрономам вновь направить на Ansky свои инструменты, такие как рентгеновский космический телескоп XMM-Newton и телескопы НАСА Chandra, NICER и Swift. Эрнандес-Гарсия и его коллеги определили, что черная дыра демонстрирует явление, известное как квазипериодическое извержение, или QPE.
"QPE - это короткоживущие вспышки. И мы впервые наблюдаем такое событие в черной дыре, которая, похоже, просыпается", - сказал Эрнандес-Гарсия.
XMM-Newton оказался особенно важен для изучения поведения Ански, поскольку это единственный телескоп, достаточно чувствительный, чтобы уловить более слабый фоновый рентгеновский свет на фоне более сильных рентгеновских всплесков черной дыры. Сравнив эти две фазы, астрономы смогли рассчитать количество энергии, выделяемой Ansky в более активные периоды.
В то время как черная дыра неизбежно уничтожает все, что захватывает, объекты ведут себя по-разному во время своей приближающейся гибели. Например, звезда обычно распадается на яркий, горячий, быстро вращающийся диск, известный как аккреционный диск. Большинство астрономов предполагают, что черные дыры генерируют QPE, когда сравнительно небольшой объект, такой как звезда или даже меньшая черная дыра, сталкивается с аккреционным диском. Однако в случае с Ански нет никаких доказательств, связывающих это с гибелью звезды.
«Всплески рентгеновского излучения от Ansky в десять раз длиннее и в десять раз ярче, чем то, что мы видим от обычной QPE», - говорит аспирант MIT и соавтор исследования Джохин Чакраборти (Joheen Chakraborty). Каждое из этих извержений выделяет в сотни раз больше энергии, чем мы наблюдали в других местах". Извержения Ански также демонстрируют самую длинную периодичность из когда-либо наблюдавшихся - около 4,5 дней".
Теперь астрономы должны рассмотреть другие объяснения удивительного поведения Ански. Согласно одной из теорий, аккреционный диск мог возникнуть не из звезды, а из близлежащего галактического газа, втянутого черной дырой. Если это так, то рентгеновское излучение может происходить от высокоэнергетических ударов по диску, вызванных небольшим космическим объектом, неоднократно проходящим через него и разрушающим орбитальную материю.
В настоящее время астрономы располагают большим количеством моделей QPE, чем данных о реальных событиях. Благодаря пробуждению Энски ситуация может вскоре измениться.
«Мы пока не понимаем, что их вызывает», - говорит Эрнандес-Гарсия. «Изучение Ански поможет нам лучше понять черные дыры и то, как они эволюционируют».
