Астрономы обнаружили ненасытную черную дыру

Выявлена сверхмассивная черная дыра в далекой галактике, которая питается почти в три раза в день.

Пока черная дыра в центре Млечного Пути позволяет себе перекусить очень изредка, черная дыра в центре другой галактики питается каждые 9 часов, рассказывают в НАСА.

Согласно данным космических рентгеновских телескопов Чандра (НАСА) и XMM-Newton (Европейское космическое агентство, ЕКА), с такой периодичностью вспыхивает рентгеновским излучением сверхмассивная черная дыра, которая находится в центре галактики GSN 069, за 250 миллионов световых лет от Земли.

Эти данные свидетельствуют о том, что находящаяся там сверхмассивная черная дыра – массой в 400 тысяч масс нашего Солнца – регулярно потребляет большое количество материала.

В НАСА отмечают, что хотя ученые обнаружили две черные дыры «звездной массы» (весят примерно в 10 раз больше нашего Солнца), которые периодически подвергаются регулярным вспышкам, однако такое поведение никогда не обнаруживалось со сверхмассивной черной дырой.

По оценкам исследователей, черная дыра в центре галактики GSN 069 поглощает материю, объемом с четыре Луны, примерно три раза в день. Это эквивалентно почти половине миллиона миллиардов килограммов, поступающих в черную дыру за одно потребление.

«Эта черная дыра имеет такой план питания, который мы раньше не видели», - отметил Джованни Минютти из Центра астробиологии ЕКА в Испании, первый автор статьи в Nature, в которой были опубликованы результаты исследования. «Такое поведение настолько беспрецедентное, что нам пришлось придумать новое выражение для его описания: Квазипериодические извержения рентгеновских лучей», - добавил он.

Космический телескоп XMM-Newton был первым, кто наблюдал это явление у GSN 069, заметив две вспышки 24 декабря 2018 года. Затем Минютти со своими коллегами провели дополнительные наблюдения с помощью XMM-Newton 16 и 17 января 2019 года и обнаружили пять вспышек. Наблюдение Чандры меньше, чем через месяц, 14 февраля, обнаружили еще три вспышки.

«Сочетая данные этих двух рентгеновских обсерваторий, мы отслеживали эти периодические вспышки в течение по крайней мере 54 дней, - сказал соавтор Ричард Сакстон из Европейского центра космической астрономии в Мадриде. - Это дает нам уникальную возможность засвидетельствовать поток материи в сверхмассивную черную дыру, неоднократно ускорявшийся и замелявшийся.»

Во время вспышек рентгеновское излучение становится примерно в 20 раз ярче, чем в тихие времена. Также поднимается температура газа, который попадает в черной дыры, примерно с пол миллиона градусов по Цельсию при тихих периодах, до примерно 1,5 млн градусов по Цельсию во время вспышек. Температура в последнем случае аналогична температуре газа, которую выявляют вокруг наиболее активно растущих черных дыр.

Происхождение этого горячего газа было давней тайной, поскольку он кажется слишком горячим, чтобы ассоциироваться с диском падающей материи, окружающих черные дыры. Хотя его происхождение в GSN 069 также является загадкой, возможность изучать сверхмассивную черную дыру, где многократно образуется горячий газ, а затем исчезает, может предоставить важные подсказки.

«Мы считаем, что источник рентгеновского излучения - это звезда, которую черная дыры частично или полностью разрывает кусок за куском, - говорит соавтор Маргерита Джустин, также из Центра астробиологии ЕКА. - Что же касается повторяющихся всплесков, то это совсем другая история, происхождение которой нужно изучить с последующими данными и новыми теоретическими моделями.»

Потребление газа от разрушенной звезды сверхмассивной черной дырой наблюдалось и раньше, но никогда не сопровождалось повторными рентгеновскими вспышками. Авторы исследования предполагают, что существуют два возможных объяснения всплесков. Одно заключается в том, что количество энергии в диске накапливается до тех пор, пока она не станет нестабильной и материя быстро впадает в черную дыру, образуя всплески. Затем цикл повторяется. Другое - взаимодействие между диском и вторичным телом, вращающимся вокруг черной дыры, возможно, это остаток частично разрушенной звезды.

Данные от Чандры были решающими для этого исследования, поскольку они смогли показать, что источник рентгеновских лучей расположен в центре галактики-хозяина, где, как ожидается, находится сверхмассивная черная дыра. Сочетание данных Чандры и XMM-Newton предусматривает, что размер и продолжительность приема пищи черной дырой незначительно уменьшились, а разрыв между приемами пищи увеличился. Дальнейшие наблюдения будут решающими для того, чтобы увидеть, продолжается ли тенденция.

Сверхмассивные черные дыры обычно больше, чем GSN 069, и имеют массы в миллионы и даже миллиарды Солнц. Чем больше черная дыра, тем медленнее будут колебания их яркости, поэтому вместо того, чтобы извергаться каждые 9 часов, они должны извергаться каждые несколько месяцев или лет, что, вероятно, объясняет, почему квазипериодическое извержения никогда не наблюдались ранее.

Примеры значительного увеличения или уменьшения количества рентгеновского излучения, вырабатываемого черными дырами, наблюдались в случаях с использованием повторных наблюдений в течение месяцев или даже лет. Изменения в некоторых объектах происходят гораздо быстрее, чем ожидалось в стандартной теории дисков падающей материи, окружающих черные дыры, но их можно было бы закономерно учесть, если они подвергались поведению, подобное GSN 069.

Наряду с данными Чандры и XMM-Newton международная исследовательская группа использовала данные с рентгенологической обсерватории НАСА Свифт, космического телескопа NASA/ESA Хаббл, Очень большого массива NRAO им. Карла Г. Янского в Нью-Мексико, США, Компактного массива Австралийского телескопа CSIRO, и радиотелескоп MeerKAT SARAO в Южной Африке.

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

Читайте еще и нтересные новости о космосе.