Астрономи виявили ненажерливу чорну діру

Виявлено надмасивну чорну діри в далекій галактиці, яка харчується майже тричі на день.

Поки чорна діра в центрі Чумацького Шляху дозволяє собі перекусити дуже зрідка, чорна діра в центрі іншої галактики харчується кожні 9 годин, розповідають в НАСА.

Згідно з даними космічних рентгенівських телескопів Чандра (НАСА) та XMM-Newton (Європейське космічне агентство, ЄКА), з такою періодичністю спалахує рентгенівським випромінюванням надмасивна чорна діра, яка знаходиться в центрі галактики GSN 069, за 250 мільйонів світлових років від Землі.

Ці дані свідчать про те, що розташована там надмасивна чорна діра – масою в 400 тисяч мас нашого Сонця – регулярно споживає велику кількість матеріалу.

В НАСА зазначають, що хоча раніше вчені виявили дві чорні діри «зоряної маси» (важать приблизно в 10 разів більше нашого Сонця), які періодично піддаються регулярним спалахам, проте така поведінка ніколи не виявлялася у надмасивної чорної діри.

За оцінками дослідників, чорна діра в центрі галактики GSN 069 поглинає матерію, обсягом із чотири Місяця, приблизно тричі на день. Це еквівалентно майже пів мільйону мільярдів кілограмів, що надходять в чорну діру за одне годування.

Новини за подібною темою:

		У ранньому Всесвіті знайдено чорну діру, що поглинає матерію набагато швидше, ніж теоретично можливо
		Чорна діра знищує зорю та вже взялася за іншу
		Коливання Марса може бути ознакою темної матерії, говориться в дослідженні

«Ця чорна діра має план харчування такий, що ми раніше не бачили», - зазначив Джованні Мінютті з Центру астробіології ЄКА в Іспанії, перший автор статті в Nature, в якій були опубліковані результати дослідження. «Така поведінка настільки безпрецедентна, що нам довелося придумати новий вираз для її опису: Квазіперіодичні виверження рентгенівських променів», - додав він.

Космічний телескоп XMM-Newton був першим, хто спостерігав це явище у GSN 069, помітивши два спалахи 24 грудня 2018 року. Потім Мінютті зі своїми колегами провели додаткові спостереження за допомогою XMM-Newton 16 та 17 січня 2019 року і виявили п’ять спалахів. Спостереження Чандри менше, ніж через місяць, 14 лютого, виявили ще три спалахи.

«Поєднуючи дані цих двох рентгенівських обсерваторій, ми відслідковували ці періодичні спалахи протягом принаймні 54 днів, - сказав співавтор Річард Сакстон з Європейського центру космічної астрономії в Мадриді. – Це дає нам унікальну можливість засвідчити потік матерії в надмасивну чорну діру, що неодноразово прискорювався і сповільнювався.»

Під час спалахів рентгенівське випромінювання стає приблизно в 20 разів яскравішим, ніж у тихі часи. Також піднімається температура газу, який потрапляє до чорної діри, приблизно з пів мільйона градусів за Цельсієм під час тихих періодів, до приблизно 1,4 мільйонів градусів за Цельсієм під час спалахів. Температура в останньому випадку аналогічна температурі газу, яку виявляють навколо найбільш активно зростаючих чорних дір.

Походження цього гарячого газу було давньою таємницею, оскільки він здається надто гарячим, щоб асоціюватися з диском падаючої матерії, які оточують чорні діри. Хоча його походження в GSN 069 також є загадкою, можливість вивчати надмасивну чорну діру, де багаторазово утворюється гарячий газ, а потім зникає, може надати важливі підказки.

«Ми вважаємо, що джерело рентгенівського випромінювання – це зірка, яку чорна діри частково або повністю розриває шматок за шматком, - каже співавтор Маргеріта Джустіні, також з Центру астробіології ЄКА. – Що ж стосується повторюваних сплесків, то це зовсім інша історія, походження якої потрібно вивчити з подальшими даними та новими теоретичними моделями.»

Споживання газу від зруйнованої зірки надмасивною чорною дірою спостерігалось і раніше, але ніколи не супроводжувалось повторними рентгенівськими спалахами. Автори дослідження припускають, що існують два можливих пояснення сплесків. Одне полягає в тому, що кількість енергії в диску накопичується до тих пір, поки вона не стане нестабільною і матерія швидко впадає в чорну діру, утворюючи сплески. Потім цикл повторюється. Інше - взаємодія між диском і вторинним тілом, що обертається навколо чорної діри, можливо, це залишок частково зруйнованої зірки.

Дані від Чандри були вирішальними для цього дослідження, оскільки вони змогли показати, що джерело рентгенівських променів розташоване в центрі галактики-господаря, де, як очікується, знаходиться надмасивна чорна діра. Поєднання даних Чандри і XMM-Newton передбачає, що розмір і тривалість прийому їжі чорною дірою незначно зменшилися, а розрив між прийомами їжі збільшився. Подальші спостереження будуть вирішальними для того, щоб побачити, чи тенденція продовжується.

Надмасивні чорні діри зазвичай більші, ніж GSN 069, і мають маси в  мільйони і навіть мільярди Сонць. Чим більше чорна діра, тим повільніше будуть коливання їх яскравості, тому замість того, щоб вивергатися кожні дев'ять годин, вони повинні вивергатися кожні кілька місяців або років, що, ймовірно, пояснює, чому квазіперіодичні виверження ніколи не спостерігалися раніше.

Приклади значного збільшення або зменшення кількості рентгенівського випромінювання, що виробляється чорними дірами, спостерігалися в кількох випадках з використанням повторних спостережень протягом місяців або навіть років. Зміни в деяких об'єктах відбуваються набагато швидше, ніж очікувалося в стандартній теорії дисків падаючої матерії, що оточують чорні діри, але їх можна було б закономірно врахувати, якщо вони мали поведінку, подібну до GSN 069.

Поряд з даними Чандри та XMM-Newton міжнародна дослідницька група використовувала дані з рентгенологічної обсерваторії НАСА Свіфт, космічного телескопа NASA/ESA Хаббл, Дуже великого масиву NRAO  ім. Карла Г. Янського в Нью-Мексико, США, Компактного масиву Австралійського телескопа CSIRO, і радіотелескоп MeerKAT SARAO в Південній Африці.

Фото: NASA/CXO/CSIC-INTA/G.Miniutti et al.; Optical: DSS

Читайте ще цікаві новини про космос.

• Чорні діри