Обнаружена сверхмассивная черная дыра, активность которой чрезвычайно быстро угасла

Международная команда астрономов обнаружила чрезвычайно редкое явление: галактику, удаленную примерно на 10 миллиардов световых лет, яркость которой всего за 20 лет снизилась до одной двадцатой от первоначального уровня.

Об открытии сообщают сайт телескопа «Субару» и Институт астрофизики Канарских островов (IAC), передают OstanniPodii.com.

Совместив многоволновые наблюдения с архивными данными, охватывающими несколько десятилетий, исследователи пришли к выводу, что затухание было вызвано стремительным уменьшением потока газа, поступающего в сверхмассивную черную дыру в центре галактики. Это открытие показывает, что активность сверхмассивных черных дыр может кардинально меняться за время, достаточно короткое, чтобы его можно было наблюдать в течение жизни человека.

Внезапное снижение активности сверхмассивных черных дыр

В центре большинства галактик находятся сверхмассивные черные дыры, масса которых в миллионы, а то и миллиарды раз превышает массу нашего Солнца. В некоторых случаях окружающий газ втягивается внутрь под действием сильной гравитации черной дыры. Двигаясь по спирали к черной дыре, газ образует структуру, известную как аккреционный диск. Трение в диске нагревает газ до чрезвычайно высоких температур, производя огромные количества энергии. В результате центр галактики светится очень ярко. Такие светящиеся области астрономы называют активными галактическими ядрами (AGN).

На протяжении десятилетий астрономы считали, что активные фазы длятся сотни тысяч или даже миллионы лет — слишком долго, чтобы за жизнь человека можно было наблюдать значительные изменения. Новые наблюдения ставят под сомнение эту картину.

«Раньше мы считали, что сверхмассивные черные дыры изменяются лишь в течение чрезвычайно длительных промежутков времени», — говорит Хосе Акоста Пулидо, исследователь IAC и соавтор работы. «Но это открытие, вместе с некоторыми предыдущими выводами относительно очень небольшого числа активных галактических ядер, меняющих свой облик, свидетельствует о том, что некоторые из них могут переходить из активного в спокойное состояние всего за несколько лет».

«Это как будто мощный космический двигатель вдруг начал терять запас топлива», — объясняет Томоки Морокума, ведущий научный сотрудник Астрономического исследовательского центра Технологического института Чибы (Япония), возглавлявший исследование. «Мы видим убедительные доказательства того, что поток газа, питающий черную дыру, очень быстро уменьшился».

Данные обследований свидетельствуют о резком затухании

Исследователи сравнили изображения из проекта «Слоуновский цифровой обзор неба» (SDSS) с изображениями, полученными с помощью камеры Hyper Suprime-Cam (HSC) на телескопе «Субару». Они обнаружили, что видимая яркость галактики уменьшилась примерно до одной двадцатой от исходного уровня за около 20 лет. Яркость активных ядер галактик обычно колеблется примерно на 30 %, поэтому снижение такого масштаба является чрезвычайно редким. Команда немедленно провела дальнейшие наблюдения с помощью телескопа Gran Telescopio Canarias (GTC) и начала комплексное исследование объекта.

Они провели новые оптические и ближне-инфракрасные наблюдения с помощью телескопа «Субару» и обсерватории В.М.Кека, а также радионаблюдения. Кроме того, исследователи проанализировали архивные рентгеновские и инфракрасные данные, а также фотопластинки, сделанные около 70 лет назад, объединив информацию по многим длинам волн и временным периодам.

Не просто игра света

Сравнивая наблюдаемые изменения оптической и инфракрасной яркости с теоретическими моделями, исследователи оценили, что скорость накопления массы — скорость, с которой газ поступает из аккреционного диска в черную дыру — упала примерно до одной пятидесятой от предыдущего уровня всего за семь лет. Это свидетельствует о том, что поступление вещества, питающего черную дыру, может быстро прекратиться.

Одним из альтернативных объяснений было то, что облако пыли перед аккреционным диском временно заблокировало свет. Однако эта возможность была исключена, поскольку она не может объяснить наблюдаемые изменения в широком диапазоне длин волн от оптического до инфракрасного. Вместо этого результаты указывают на то, что физическое состояние самого аккреционного диска, вероятно, кардинально изменилось. Какой именно механизм мог вызвать такое быстрое изменение, остается неясным, и для его понимания потребуются дальнейшие наблюдения и теоретические исследования.

Новая эра открытий

Морокума отметил: «Интересно, что активное ядро галактики может так резко менять свою яркость за столь короткий промежуток времени, и что это затухание, по-видимому, вызвано значительным изменением скорости аккреции в сверхмассивную черную дыру. Используя данные широкоугольных обзоров, такие как данные с Hyper Suprime-Cam, мы надеемся открыть больше подобных объектов и узнать, как активность сверхмассивных черных дыр прекращается и возобновляется».

Широкоугольные обзоры, которые эффективно наблюдают большое количество объектов на обширных участках неба, стали основной тенденцией в современной астрономии. Это исследование демонстрирует, как объединение данных из разных эпох и длин волн может выявить долгосрочные изменения в галактических ядрах, которые иначе остались бы скрытыми. С помощью таких инструментов, как Hyper Suprime-Cam телескопа «Субару», и будущих высокочувствительных обсерваторий, таких как Обсерватория Веры С. Рубин (LSST), «Евклид» и космический телескоп НАСА имени Нэнси Грейс Роман, астрономы надеются открыть гораздо больше активных галактических ядер, находящихся в состоянии низкой активности — или даже «выключенных». Статистические исследования таких объектов помогут выявить физические условия, при которых подача газа в сверхмассивные черные дыры прекращается или возобновляется, что даст новое понимание того, как эти космические гиганты растут и влияют на свои галактики-хозяйки.

В то же время построение новых теоретических моделей, способных объяснить быстрые изменения, наблюдаемые в этом исследовании, остается важной задачей для астрофизиков. Тосихиро Кавагути из Университета Тояма, внесший основной вклад в теоретическую интерпретацию, добавил: «Этот объект демонстрирует изменения, происходящие слишком быстро, чтобы их можно было объяснить стандартными моделями, и послужит ориентиром при построении новых теоретических рамок. Мы будем исследовать, какие физические условия могут воспроизвести наблюдаемые данные».

Каждое новое открытие приближает ученых к ответу на один из фундаментальных вопросов современной астрономии: как растут самые большие черные дыры Вселенной — и как они останавливаются.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Publications of the Astronomical Society of Japan (PASJ). Авторами являются сотрудники Технологического института Чибы, Потсдамского университета (Германия), Университета Тояма, Института астрофизики Канарских островов (Испания), Национальной астрономической обсерватории Японии и Университета Рицумейкан.

OstanniPodii.com