Астрономы сделали неожиданное открытие из-за странного поведения черной дыры

Исследование причины «сбоев» в поведении сверхмассивной черной дыры в далекой галактике, которое провела команда астрономов из Массачусетского технологического института (MIT), Италии, Чехии и других стран, дала новые данные о поведении черных дыр, 27 марта сообщает сайт новостей науки EurekAlert со ссылкой на пресс-службу MIT.

Начало исследованию положили результаты автоматической фиксации ASAS-SN (сети из 20 роботизированных телескопов, расположенных в различных местах северного и южного полушарий). Эта система автоматически раз в день обследует всё небо в поисках признаков сверхновых и других переходных космических явлений.

В декабре 2020 года было обнаружено, что ранее спокойная черная дыра, расположенная в центре галактики на расстоянии около 800 млн световых лет от нас, внезапно «взорвалась», выделяя шлейфы газа каждые 8,5 дня, прежде чем вернуться в свое нормальное состояние. Такие периодические сбои до сих пор в черных дырах не наблюдались.

Ученые полагают, что эти вспышки вызывает вторая, маленькая черная дыра, которая вращается вокруг центральной сверхмассивной черной дыры, прячась в ее аккреционном диске, и выбрасывает материю из этого диска каждые 8,5 дня.

Выводы группы представлены в статье «Случай двойной системы черных дыр, обнаруженный через квазипериодические истечения», опубликованной в журнале Science Advances.

Результаты исследования в корне перечеркивают общепринятое представление, считающее аккреционные диски черных дыр всего лишь относительно однородными газовыми дисками, которые вращаются вокруг центральной черной дыры. Но результаты, полученные в данном исследовании, предполагают, что они могут скрывать внутри себя другие черные дыры и даже целые звезды.

Автор исследования Дирадж «ДиДжей» Пашам, научный сотрудник Института астрофизики и космических исследований Кавли в MIT, случайно увидев сообщение об обнаружении вышеописанных вспышек в оповещении астрономического сообщества, решил сосредоточиться на их исследовании, которое он проводил с помощью NICER — прибора для проведения астрофизических наблюдений, компонента МКС.

Он настроил NICER для наблюдения за той далекой галактикой, пока в ней продолжаются вспышки. Они продолжались около четырех месяцев. Всё это время NICER ежедневно и с высокой частотой проводил измерения рентгеновского излучения галактики.

Когда Пашам внимательно изучил эти данные, он заметил тонкие провалы в очень узком диапазоне рентгеновских лучей, которые, казалось, появлялись каждые 8,5 дня. Возникало ощущение, что всплеск энергии в галактике периодически спадал каждые 8,5 дня.

Похожее явление астрономы наблюдают, когда вращающаяся планета проходит перед своей звездой, ненадолго блокируя ее свет. Но здесь речь идет о вспышке всей галактики, свет от которой не может загородить ни одна звезда.

Поиск объяснения этого явления привел Пашама к недавней работе астрофизиков из Чехии. Ученые выяснили, что теоретически возможно существование, кроме центральной сверхмассивной черной дыры галактики, второй, гораздо меньшей по размеру черной дыры, которая может вращаться под углом к аккреционному диску своего более крупного соседа.

В этом случае меньшая черная дыра будет в процессе вращения периодически пробивать диск главной черной дыры. При этом диск выпустит шлейф газа, а мощные магнитные поля черной дыры могли затем выбросить этот шлейф далеко вверх за пределы диска, и это будет происходить периодически.

При этом, если бы этот шлейф оказался направлен в сторону земного телескопа, то он бы зафиксировал периодический провал в общем излучении галактики.

Пашам сразу написал астрофизикам в Чехию: «Я думаю, мы наблюдаем именно то, что предсказала ваша теория». Он и чешские ученые объединились, чтобы проверить эту идею с помощью моделирования, включающего наблюдения NICER за первоначальным всплеском и регулярными 8,5-дневными провалами.

Их модель подтвердила: наблюдаемое явление, вероятно, было сигналом второй, меньшей черной дыры, вращающейся вокруг центральной сверхмассивной черной дыры и периодически прокалывающей ее диск.

Команда выяснила, что до обнаружения яркой вспышки в декабре 2020 года галактика «вела себя» тихо. По оценкам, центральная сверхмассивная черная дыра галактики имеет массу 50 млн солнц, и до вспышки вокруг нее мог вращаться слабый диффузный аккреционный диск, а вторая, меньшая по размеру черная дыра, массой от 100 до 10 тыс. солнечных масс, также спокойно вращалась по орбите в этом диске.

Исследователи предполагают, что в декабре 2020 года некая ближайшая звезда подошла слишком близко к этой системе черных дыр и была разорвана на куски огромной гравитацией сверхмассивной черной дыры. Астрономы называют такое событие «приливным разрушением».

Внезапный приток звездного материала, когда обломки звезды закружились в черной дыре, осветил ее аккреционный диск. В течение четырех месяцев черная дыра поглощала звездные обломки. Вторая черная дыра, продолжая вращаться по орбите, на этот раз, пробивая диск, выбрасывала из него шлейфы гораздо большего размера, чем обычно, которые вылетали прямо в сторону телескопа NICER.

Ричард Сакстон, астроном из Европейского центра космической астрономии (ESAC) в Мадриде, не принимавший участия в исследовании, заявил: «Этот результат показывает, что очень близкие сверхмассивные двойные черные дыры могут быть обычным явлением в ядрах галактик, что является очень интересной задачей для будущих детекторов гравитационных волн».