Никогда заранее не знаешь, когда именно сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики проснётся и начнёт пожирать материю. Вопреки распространённому мнению о том, что эти монстры постоянно пожирают близлежащие звёзды и газовые облака, оказывается, часть своего существования они проводят в бездействии. Новые наблюдения с космического аппарата XMM-Newton Европейского космического агентства позволили обнаружить такое «включение» одного из подобных монстров в далёкой галактике.
Сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики SDSS1335+0728 тихо спала на протяжении десятилетий. Но в 2019 году она внезапно засветилась, и астрономы зафиксировали вспышку как в оптическом, так и в рентгеновском свете. Галактика, расположенная на расстоянии около 300 миллионов световых лет от нас, переживала пробуждение своей центральной чёрной дыры. Астрономы назвали это новое активное галактическое ядро «Ански».
«Когда мы впервые увидели, как „Ански“ засветился на оптических снимках, мы начали наблюдения по следам этого события с помощью рентгеновского космического телескопа НАСА Swift и проверили архивные данные рентгеновского телескопа eROSITA, но в то время мы не обнаружили никаких признаков рентгеновского излучения», — говорит исследовательница Европейской южной обсерватории Паула Санчес Саес. Она и её команда были первыми, кто исследовал активность чёрной дыры. Другая группа под руководством Лорены Эрнандес-Гарсии, исследователя из Университета Вальпараисо (Чили), продолжила их работу в 2024 году, обнаружив рентгеновские всплески из того же региона.
«Это редкое событие даёт астрономам возможность наблюдать за поведением чёрной дыры в режиме реального времени с помощью рентгеновских космических телескопов XMM-Newton и NASA NICER, Chandra и Swift. Это явление известно как квазипериодическое извержение, или КПИ. КПИ — это короткоживущие вспышки. И мы впервые наблюдаем такое событие в чёрной дыре, которая, похоже, просыпается», — пояснила Лорена.
Возможная последовательность событий в «Ански»
Что произошло, чтобы в ядре «Ански» началось КПИ? Давайте представим, что происходит, когда чёрная дыра пожирает материю. Мы знаем, что экстремальное гравитационное притяжение чёрной дыры втягивает в себя материю, обычно через вращающийся аккреционный диск. Его может порождать, например, звезда, проходящая слишком близко. Сильное гравитационное воздействие чёрной дыры разрушает звезду, разбрасывая её материал по всему диску. Такие события называются «приливными разрушениями».
Это звучит интересно, однако в нашем случае «Ански», похоже, не уничтожало звезду. Тому нет никаких наблюдательных доказательств. Однако у этой чёрной дыры наблюдаются периодические всплески активности, из чего следует, что там могут происходить несколько событий одно за другим. Возможно, КПИ может происходить, когда звезда или какой-то другой объект взаимодействует с аккреционным диском, но не засасывается в него – а это уже совсем другой тип приливного разрушения.
Исследователи вернулись к теории, чтобы рассмотреть другие возможности. Может оказаться, что аккреционный диск состоит не из обломков звезды, а из газа, втягиваемого в гравитационный колодец чёрной дыры. Рентгеновские вспышки, которые астрономы наблюдали у «Ански», говорят о том, что диск может испытывать энергетические удары, вызванные присутствием чего-то, проходящего через него, но не разрушающегося. Объект, быстро проходящий через аккреционный диск, мог бы стать причиной множества событий – подобно волнам от лодки, рассекающей воду. Эти события способны создавать рентгеновские вспышки. «Вспышки рентгеновского излучения от „Ански“ в десять раз длительнее и в десять раз ярче, чем те, что мы видим от обычных КПИ», — говорит Джохин Чакраборти, член команды и аспирант Массачусетского технологического института.
Чтобы в диске появилось рентгеновское излучение, там должны происходить высокоэнергетические события. «Каждое из этих извержений выделяет в сотни раз больше энергии, чем мы наблюдали в других местах. Извержения „Ански“ также демонстрируют самую большую длительность из когда-либо наблюдавшихся — около 4,5 дней. Это выводит наши модели на предел возможностей и ставит под сомнение существующие представления о том, как генерируются эти рентгеновские вспышки».
Некоторые нюансы
В статье, опубликованной в журнале Nature, команда предлагает продолжить наблюдения за этим и другими подобными событиями у сверхмассивных чёрных дыр. Это связано с тем, что повторяющиеся рентгеновские вспышки в «Ански», которые происходят примерно каждые 25 дней, не очень хорошо изучены. Возможно, они происходят потому, что аккреционный диск имеет эксцентричную внутреннюю часть, и мы наблюдаем его прецессию. Если это так, то попавший в него объект проходит через две разные поверхности диска.
Лучший способ определить это — наблюдать за будущими КПИ. Это делает «Ански» идеальным испытательным полигоном для различных моделей КПИ и помогает астрономам создавать более совершённые модели подобных событий. Кроме того, они могут послужить материалом для будущих исследований гравитационных волн.
«Для КПИ мы всё ещё находимся на том этапе, когда моделей больше, чем данных, и нам нужно больше наблюдений, чтобы понять, что происходит», — говорит научный сотрудник ЕКА и рентгеновский астроном Эрван Кинтин.
«Мы думали, что КПИ являются результатом того, что небольшие небесные объекты захватываются гораздо более крупными и по спирали сближаются с ними. Извержения „Ански“, похоже, рассказывают нам другую историю. Эти повторяющиеся всплески также, вероятно, связаны с гравитационными волнами, которые, возможно, сможет уловить будущая миссия ЕКА LISA, детектор гравитационных волн. Очень важно вести такие рентгеновские наблюдения — они дополнят наши данные о гравитационных волнах и помогут нам разгадать загадочное поведение массивных чёрных дыр».
