Поглотитель миров: эта черная дыра угрожает вселенной
Сверхмассивные черные дыры, чья масса в миллионы раз превышает солнечную и которые располагаются в центрах большинства галактик, представляют собой объекты, крайне сложные для обнаружения и исследования из-за их природы.
Вопреки популярным представлениям о постоянном поглощении материи, эти гигантские гравитационные объекты могут пребывать в длительном, неактивном состоянии.
Именно в таком неактивном состоянии находилась черная дыра в центре галактики SDSS1335+0728 — удаленного и, казалось бы, ничем не примечательного объекта, расположенного на расстоянии 300 миллионов световых лет от Земли в созвездии Девы. Однако после десятилетий спокойствия она неожиданно "загорелась", начав испускать вспышки, особенно в рентгеновском диапазоне.
Первые признаки пробуждения появились в конце 2019 года, когда галактика вдруг стала заметно ярче в оптическом диапазоне, привлекая внимание научного сообщества. Многолетние наблюдения позволили астрономам прийти к выводу, что наблюдаемые необычные изменения, скорее всего, вызваны внезапной активацией центральной черной дыры — переходом в активную фазу. Яркая и компактная область в центре этой галактики теперь классифицируется как активное галактическое ядро, получившее название "Ански".
Паула Санчес Саес, научный сотрудник Европейской южной обсерватории в Германии и руководитель исследовательской группы, которая первой начала изучение активации этой черной дыры, рассказала, что, заметив свечение Ански на оптических снимках, их команда инициировала последующие наблюдения с использованием космического рентгеновского телескопа НАСА Swift, а также проанализировала архивные данные рентгеновского телескопа eROSITA. Однако, по ее словам, на тот момент признаков рентгеновского излучения обнаружено не было.
Ситуация изменилась позднее. Как сообщила Лорена Эрнандес-Гарсия, исследователь из Университета Вальпараисо в Чили, чья группа начала регистрацию рентгеновских вспышек от Ански в феврале 2024 года, эти вспышки регистрировались с почти регулярными интервалами.
Она пояснила, что подобное редкое событие предоставляет астрономам уникальную возможность наблюдать за поведением черной дыры в реальном времени с помощью нескольких рентгеновских космических телескопов, включая XMM-Newton, NICER, а также аппараты НАСА "Чандра" и "Свифт". Это явление известно как квазипериодические извержения (QPE), представляющие собой кратковременные вспышки. По словам Эрнандес-Гарсии, это первый случай наблюдения такого события у черной дыры, которая, похоже, только пробуждается от долгого сна.
Она добавила, что первое событие типа QPE было обнаружено лишь в 2019 году, и с тех пор было зафиксировано всего несколько подобных явлений, природа которых до конца не изучена. Исследование Ански, по ее мнению, поможет углубить наше понимание черных дыр и их эволюционных процессов. Подчеркивая важность инструментов, она также отметила, что телескоп XMM-Newton сыграл ключевую роль в их работе, поскольку обладает достаточной чувствительностью для регистрации слабого рентгеновского фона между вспышками. Это позволило измерить снижение яркости Ански и рассчитать количество энергии, выделяемой при его активации и пульсации.
Гравитация черной дыры притягивает близлежащую материю, которая может быть разорвана на части. Например, захваченное звездное вещество превращается в горячий, светящийся, быстро вращающийся диск, известный как аккреционный диск. Согласно текущим представлениям, квазипериодические извержения возникают из-за взаимодействия какого-либо объекта (возможно, звезды или небольшой черной дыры) с этим диском и часто связываются с разрушением звезды. Однако в случае Ански отсутствуют убедительные доказательства того, что черная дыра уничтожила звезду.
Необычные характеристики повторяющихся вспышек Ански заставили исследователей рассмотреть другие гипотезы. Возможно, аккреционный диск образовался за счет газа, захваченного черной дырой из окружающей среды, а не в результате разрушения звезды. При таком сценарии рентгеновские вспышки могли бы быть вызваны высокоэнергетическими столкновениями внутри диска, спровоцированными небольшим небесным телом, которое многократно проходит сквозь вращающуюся материю, нарушая ее.
Йохин Чакраборти, член команды и аспирант Массачусетского технологического института (США), отметил, что рентгеновские вспышки от Ански в десять раз продолжительнее и в десять раз ярче, чем типичные QPE. Он также добавил, что каждое из этих извержений высвобождает в сто раз больше энергии, чем наблюдалось ранее в подобных событиях, а периодичность вспышек Ански (~4,5 дня) является самой длинной из когда-либо зарегистрированных. По его словам, эти данные "доводят наши модели до предела и ставят под сомнение существующие представления о природе таких рентгеновских вспышек".
Возможность наблюдать эволюцию Ански в режиме реального времени представляет собой беспрецедентную возможность для научного сообщества получить новые знания о черных дырах и связанных с ними энергетических процессах.
Эрван Квинтин, научный сотрудник ЕКА и астроном, работающий в рентгеновском диапазоне, подчеркнул, что в отношении QPE на данный момент существует больше теоретических моделей, чем фактических данных, и для понимания происходящего необходимы дополнительные наблюдения. Он отметил, что ранее предполагалось, будто QPEs возникают в результате захвата небольших небесных тел более крупными объектами и их последующего движения по спирали внутрь. Однако извержения Ански, по его словам, похоже, указывают на иной механизм.
Эти повторяющиеся всплески, вероятно, также связаны с гравитационными волнами, которые, возможно, будут зафиксированы будущей миссией ЕКА LISA. Квинтин заключил, что проведение подобных рентгеновских наблюдений крайне важно, так как они дополнят данные гравитационных волн и помогут разгадать загадочное поведение массивных черных дыр.
Уточнения
Чёрная дыра́ — область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света.