Виявлено надмасивну чорну діру, активність якої надзвичайно стрімко згасла

Міжнародна команда астрономів виявила надзвичайно рідкісне явище: галактику, віддалену приблизно на 10 мільярдів світлових років, яскравість якої за лише 20 років знизилася до однієї двадцятої від початкового рівня.

Про відкриття повідомляють сайт телескопа "Субару" та в Інституті астрофізики Канарських островів (IAC), передають OstanniPodii.com.

Поєднавши багатохвильові спостереження з архівними даними, що охоплюють кілька десятиліть, дослідники дійшли висновку, що згасання було спричинене стрімким зменшенням потоку газу, що надходить до надмасивної чорної діри в центрі галактики. Це відкриття показує, що активність надмасивних чорних дір може кардинально змінюватися за час, достатньо короткий, щоб його можна було спостерігати протягом життя людини.

Раптове зниження активності надмасивних чорних дір

У центрі більшості галактик знаходяться надмасивні чорні діри, маса яких у мільйони, а то й мільярди разів перевищує масу нашого Сонця. У деяких випадках навколишній газ втягується всередину під дією сильної гравітації чорної діри. Рухаючись по спіралі до чорної діри, газ утворює структуру, відому як акреційний диск. Тертя в диску нагріває газ до надзвичайно високих температур, виробляючи величезні кількості енергії. В результаті центр галактики світиться дуже яскраво. Такі світні області астрономи називають активними галактичними ядрами (AGN).

Протягом десятиліть астрономи вважали, що активні фази тривають сотні тисяч або навіть мільйони років — занадто довго, щоб за життя людини можна було спостерігати значні зміни. Нові спостереження ставлять під сумнів цю картину.

«Раніше ми вважали, що надмасивні чорні діри змінюються лише протягом надзвичайно тривалих часових проміжків», — каже Хосе Акоста Пулідо, дослідник IAC та співавтор роботи. «Але це відкриття, разом з деякими попередніми висновками щодо дуже небагатьох активних галактичних ядер, що змінюють свій вигляд, свідчить про те, що деякі з них можуть переходити від активного до спокійного стану всього за кілька років».

«Це ніби потужний космічний двигун раптом почав втрачати запас палива», — пояснює Томокі Морокума, провідний науковий співробітник Астрономічного дослідницького центру Технологічного інституту Чіби (Японія), який очолював дослідження. «Ми бачимо переконливі докази того, що потік газу, який живить чорну діру, дуже швидко зменшився».

Дані обстежень свідчать про різке згасання

Дослідники порівняли зображення з проєкту «Слоанівський цифровий огляд неба» (SDSS) із зображеннями, отриманими за допомогою камери Hyper Suprime-Cam (HSC) на телескопі «Субару». Вони виявили, що видима яскравість галактики зменшилася приблизно до однієї двадцятої від початкового рівня за близько 20 років. Яскравість активних ядер галактик зазвичай коливається приблизно на 30 %, тому зниження такого масштабу є надзвичайно рідкісним. Команда негайно провела подальші спостереження за допомогою телескопа Gran Telescopio Canarias (GTC) та розпочала комплексне дослідження об’єкта.

Вони провели нові оптичні та ближньо-інфрачервоні спостереження за допомогою телескопа «Субару» та обсерваторії В.М.Кека, а також радіоспостереження. Крім того, дослідники проаналізували архівні рентгенівські та інфрачервоні дані, а також фотопластинки, зроблені близько 70 років тому, поєднавши інформацію з багатьох довжин хвиль та часових періодів.

Не просто гра світла

Порівнюючи спостережувані зміни оптичної та інфрачервоної яскравості з теоретичними моделями, дослідники оцінили, що швидкість накопичення маси — швидкість, з якою газ надходить з акреційного диска до чорної діри — впала приблизно до однієї п’ятдесятої від попереднього рівня лише за сім років. Це свідчить про те, що надходження речовини, яка живить чорну діру, може швидко припинятися.

Одним з альтернативних пояснень було те, що хмара пилу перед акреційним диском тимчасово заблокувала світло. Однак цю можливість було виключено, оскільки вона не може пояснити спостережувані зміни в широкому діапазоні довжин хвиль від оптичного до інфрачервоного. Натомість результати вказують на те, що фізичний стан самого акреційного диска, ймовірно, кардинально змінився. Який саме механізм міг спричинити таку швидку зміну, залишається незрозумілим, і для її розуміння будуть потрібні подальші спостереження та теоретичні дослідження.

Нова ера відкриттів

Морокума зауважив: «Цікаво, що активне ядро галактики може так різко змінювати свою яскравість за такий короткий проміжок часу, і що це згасання, здається, спричинене значною зміною швидкості акреції на надмасивну чорну діру. Використовуючи дані ширококутних оглядів, такі як дані з Hyper Suprime-Cam, ми сподіваємося відкрити більше подібних об’єктів і дізнатися, як активність надмасивних чорних дір припиняється та відновлюється».

Ширококутні огляди, які ефективно спостерігають велику кількість об’єктів на великих ділянках неба, стали основною тенденцією в сучасній астрономії. Це дослідження демонструє, як поєднання даних з різних епох і довжин хвиль може виявити довгострокові зміни в галактичних ядрах, які інакше залишилися б прихованими.

За допомогою таких інструментів, як Hyper Suprime-Cam телескопа «Субару», та майбутніх високочутливих обсерваторій, таких як Обсерваторія Вери С. Рубін (LSST), «Евклід» та космічний телескоп НАСА імені Ненсі Грейс Роман, астрономи сподіваються відкрити набагато більше активних галактичних ядер, що перебувають у стані низької активності — або навіть «вимкнених». Статистичні дослідження таких об’єктів допоможуть виявити фізичні умови, за яких постачання газу до надмасивних чорних дір припиняється або відновлюється, отримавши нове розуміння того, як ці космічні гіганти зростають і впливають на свої галактики-господарі.

Водночас побудова нових теоретичних моделей, здатних пояснити швидкі зміни, спостережувані в цьому дослідженні, залишається важливим викликом для астрофізиків. Тошіхіро Кавагучі з Університету Тояма, який зробив основний внесок у теоретичну інтерпретацію, додав: «Цей об’єкт демонструє зміни, що відбуваються надто швидко, щоб їх можна було пояснити стандартними моделями, і слугуватиме орієнтиром при побудові нових теоретичних рамок. Ми будемо досліджувати, які фізичні умови можуть відтворити спостережувані дані».

Кожне нове відкриття наближає вчених до відповіді на одне з фундаментальних питань сучасної астрономії: як зростають найбільші чорні діри Всесвіту — та як вони зупиняються.

Результати дослідження були опубліковані в журналі Publications of the Astronomical Society of Japan (PASJ). Авторами є співробітники Технологічного інституту Чіби, Потсдамського університету (Німеччина), Університету Тояма, Інституту астрофізики Канарських островів (Іспанія), Національної астрономічної обсерваторії Японії та Університету Ріцумейкан.

OstanniPodii.com