Сверхмассивные черные дыры пожирают газ так же, как их мелкие коллеги

Результаты более чем двухлетних наблюдений за сверхмассивной черной дырой, которая была пробуждена звездой, показали, что она потребляет материал подобно черным дырам звездной массы.

Об этом говорится в пресс-релизе Массачусетского технологического института (MIT).

9 сентября 2018 года астрономы заметили вспышку из галактики, расположенной на расстоянии 860 миллионов световых лет от нас. Источником была сверхмассивная черная дыра, которая примерно в 50 миллионов раз превышала массу Солнца. Обычно тихий, гравитационный гигант внезапно проснулся для того, чтобы поглотить проходящую мимо звезду в необычном действе, известном как событие приточного разрушения. По мере того, как звездные остатки падали в направлении черной дыры, они выделяли огромное количество энергии в виде света.

Исследователи из MIT, Европейской южной обсерватории и других стран использовали несколько телескопов для наблюдения за событием, обозначенной как AT2018fyk. К их удивлению, они заметили, что когда сверхмассивная черная дыра поглотила звезду, она проявляла свойства, подобные свойствам гораздо меньших черных дыр со звездной массой.

Результаты, опубликованные 17 мая 2021 года в Astrophysical Journal, позволяют предположить, что аккреция, или способ эволюции черных дыр в процессе потребления материала не зависит от их размера.

"Мы показали, что если вы видели одну черную дыру, вы видели их всех в определенном смысле", - говорит автор исследования Дирадж "DJ" Пашам, научный сотрудник Института астрофизики и космических исследований имени Кавли в MIT. "Когда вы бросаете в них газовый мячик, все они, похоже что, делают более или менее одно и то же. С точки зрения своей аккреции, они один и тот же зверь".

Среди соавторов Пашам - главный научный сотрудник Рональд Ремиллард и бывший аспирант Анируд Чите из Массачусетского технологического института, а также исследователи из Европейской южной обсерватории, Кембриджского университета, Лейденского университета, Нью-Йоркского университета, Университета Мэриленда, Университета Кёртина, Амстердамского университета и Центра космических полетов NASA имени Годдарда.

Пробуждение звездой

Когда небольшие черные дыры звездной массы, масса которых примерно в 10 раз больше нашего Солнца, излучают вспышку света, это часто происходит в ответ на приток материала от звезды-компаньона. Эта вспышка радиации отмечает специфическую эволюцию региона вокруг черной дыры. С периода покоя черная дыра переходит в "мягкую" фазу, в которой доминирует аккреционный диск, когда звездный материал втягивается в черную дыру. По мере уменьшения притока материала она снова переходит в "жесткую" фазу, когда преобладает раскаленная корона. Черная дыра в конце-концов возвращается к устойчивому покою, и весь этот цикл аккреции может длиться от нескольких недель до месяцев.

Физики наблюдали этот характерный цикл аккреции у многих черных дыр звездной массы в течение нескольких десятилетий. Но считалось, что для сверхмассивных черных дыр этот процесс займет слишком много времени для того, чтобы его запечатлеть полностью, поскольку эти голиафы обычно пасутся, медленно питаясь газом в центральных районах галактики.

"Этот процесс обычно проходит у сверхмассивных черных дыр в течение тысяч лет", - говорит Пашам. "Люди не могут так долго ждать, чтобы запечатлеть что-то подобное".

Но весь этот процесс ускоряется, когда черная дыра испытывает внезапный, огромный приток материала, например, во время приточного разрушения, когда звезда приближается достаточно близко, чтобы черная дыра могла приточно разорвать ее в клочья.

Новости по подобной теме:

		В ранней Вселенной найдена черная дыра, поглощающая материю гораздо быстрее, чем теоретически возможно
		Черная дыра уничтожает звезду и уже взялась за другую
		Колебания Марса может быть признаком темной материи, говорится в исследовании

"При приточном разрушении все происходит резко", - говорит Пашам. "Вам внезапно бросают кусок газа, и черная дыра внезапно просыпается, и типа: «Ой, столько пищи - позвольте мне просто кушать, кушать, кушать, пока еда не закончится». Таким образом, она переживает все за короткий промежуток времени. Это позволяет нам исследовать все эти различные стадии аккреции, которые были известны людям в черных дырах звездной массы".

Сверхмассивныйй цикл

В сентябре 2018 года Автоматизированный обзор сверхновых во всем небе (ASASSN) подхватил сигналы внезапной вспышки. Впоследствии ученые установили, что вспышка была следствием события приточного разрушения при участии сверхмассивной черной дыры, которую они обозначили как TDE AT2018fyk. Пашам и его коллеги сразу отреагировали на тревогу и смогли направить на эту систему несколько телескопов, каждый из которых был натренирован картографированию различных диапазонов ультрафиолетового и рентгеновского спектров.

Команда собирала данные в течение двух лет, используя рентгеновские космические телескопы XMM-Newton и «Чандра», а также NICER - прибор для рентгеновского мониторинга на борту Международной космической станции, и обсерваторию Свифт, наряду с радиотелескопами в Австралии.

"Мы поймали черную дыру в мягком состоянии, когда формируется аккреционный диск, и большая часть излучения происходит в ультрафиолете и очень мало в рентгене", - говорит Пашам. "Затем диск коллапсировал, корона стала крепче, и теперь она очень яркая на рентгеновских лучах. В конце концов газа, которым можно питаться, становится мало, и общая светимость падает и возвращается к уровням не обнаружения".

Исследователи подсчитали, что черная дыра приточно разрушила звезду размером с наше Солнце. В процессе этого она создала огромный аккреционный диск, шириной около 12 миллиардов километров, и выпустила газ, температура которого, по оценкам ученых, составляла около 40 000 Кельвинов, или более 39 000 градусов по Цельсию. Когда диск стал слабее и менее ярким, корона из компактных высокоэнергетических рентгеновских лучей взяла на себя роль доминирующей фазы вокруг черной дыры, прежде чем в конце концов угасла.

"Люди знали, что этот цикл происходит в черных дырах со звездной массой, которые имеют лишь около 10 солнечных масс. Сейчас мы видим это с чем-то в 5 миллионов раз большем", - говорит Пашам.

"Наиболее интересной перспективой на будущее является то, что такие события приточного разрушения позволяют увидеть образование сложных структур, близких к сверхмассивной черной дыры, как аккреционный диск и корона", - говорит ведущий автор Томас Веверс, сотрудник Европейской южной обсерватории. "Изучая, как эти структуры образуются и взаимодействуют в экстремальных условиях после разрушения звезды, мы можем начать лучше понимать основные физические законы, регулирующие их существование".

Кроме того, что результаты исследования показывают, что черные дыры испытывают аккрецию одинаково, независимо от их размера, они также показывают, что это лишь второй раз, когда ученые запечатлели образование короны от начала до конца.

"Корона — это очень загадочная сущность, и в случае сверхмассивных черных дыр люди изучали уже устоявшиеся короны, но не знают, когда и как они образовались", - говорит Пашам. "Мы продемонстрировали, что вы можете использовать события приточного разрушения для запечатления образования короны. Я рад использовать эти события в будущем, чтобы выяснить, что именно представляет собой корона".

Это исследование было частично поддержано правительством Австралии через схему финансирования Discovery Projects Австралийской исследовательского совета.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.

• Черные дыры