Астрономия

Астрономы обнаружили беспрецедентные явления на краю активной черной дыры

Астрономы обнаружили беспрецедентные явления на краю активной черной дыры

Активная галактика 1ES 1927+654 (обведена кружком) претерпела необычайные изменения с 2018 года, когда в ней произошел мощный всплеск видимого, ультрафиолетового и рентгеновского света. В галактике находится центральная черная дыра массой около 1,4 миллиона солнечных масс, которая находится на расстоянии 270 миллионов световых лет от нас. Фото предоставлено: Pan-STARRS

Международные группы астрономов, наблюдающих за сверхмассивной черной дырой в сердце далекой галактики, обнаружили ранее не наблюдавшиеся особенности, используя данные миссий НАСА и других объектов. Особенности включают в себя запуск плазменной струи, движущейся со скоростью почти в треть скорости света, и необычные, быстрые рентгеновские флуктуации, которые, вероятно, возникают на самом краю черной дыры.

Источником является 1ES 1927+654, галактика, расположенная на расстоянии около 270 миллионов световых лет в созвездии Дракона. В его центре находится черная дыра с массой, эквивалентной примерно 1,4 миллионам Солнц.

«В 2018 году черная дыра начала менять свои свойства прямо на наших глазах, вызвав мощный оптический, ультрафиолетовый и рентгеновский всплеск», — сказала Эйлин Мейер, доцент UMBC (Университет Мэриленда, округ Балтимор). «С тех пор многие команды внимательно следят за этим».

Она представила результаты своей команды на 245-м собрании Американского астрономического общества в Нэшнл-Харборе, штат Мэриленд. Статья с описанием радиорезультатов, подготовленная Мейером, была опубликована в The Astrophysical Journal Letters.

После извержения черная дыра, похоже, вернулась в спокойное состояние с затишьем, продолжавшимся почти год. Но к апрелю 2023 года группа под руководством Сибасиша Лахи из UMBC и Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, в ходе измерений, проведенных обсерваторией Нила Герельса Свифта НАСА и NICER, обнаружила устойчивое, продолжающееся несколько месяцев увеличение количества низкоэнергетических рентгеновских лучей. (Исследователь внутреннего состава нейтронных звезд) телескоп на Международной космической станции. Эта программа мониторинга, которая также включает наблюдения миссии NuSTAR НАСА (матрица ядерных спектроскопических телескопов) и миссии XMM-Newton ЕКА (Европейское космическое агентство), продолжается.

Радиоизображения 1ES 1927+654 показывают возникающие структуры, похожие на струи плазмы, вырывающиеся с обеих сторон центральной черной дыры галактики после мощной радиовспышки. На первом изображении, сделанном в июне 2023 года, не видно никаких признаков струи, возможно, потому, что горячий газ скрывал ее из виду. Затем, начиная с февраля 2024 года, структуры появляются и расширяются от центра галактики, преодолевая общее расстояние примерно в полсветового года, измеренное от центра каждой структуры. Изображение предоставлено: NSF/AUI/NSF NRAO/Meyer et al. 2025 год

Увеличение рентгеновского излучения побудило команду UMBC провести новые радионаблюдения, которые показали, что происходит мощная и весьма необычная радиовспышка. Затем ученые начали интенсивные наблюдения, используя VLBA (Very Long Baseline Array) NRAO (Национальной радиоастрономической обсерватории) и другие объекты.

VLBA, сеть радиотелескопов, разбросанных по Соединенным Штатам, объединяет сигналы с отдельных антенн в мощную радиокамеру высокого разрешения. Это позволяет VLBA обнаруживать объекты диаметром менее светового года на расстоянии 1ES 1927+654.

Радиоданные за февраль, апрель и май 2024 года показывают струи ионизированного газа или плазмы, распространяющиеся с обеих сторон черной дыры, общим размером около половины светового года. Астрономы уже давно задаются вопросом, почему только часть гигантских черных дыр производит мощные струи плазмы, и эти наблюдения могут дать решающие подсказки.

«Запуск струи черной дыры никогда раньше не наблюдался в реальном времени», — отметил Мейер. «Мы думаем, что истечение началось раньше, поскольку рентгеновское излучение перед радиовспышкой увеличилось, а струя оставалась скрытой от нашего взгляда горячим газом до тех пор, пока она не изверглась в начале прошлого года».

Астрономы обнаружили беспрецедентные явления на краю активной черной дыры

В концепции этого художника поток материи следует за белым карликом (сфера внизу справа), вращающимся внутри самого внутреннего аккреционного диска вокруг сверхмассивной черной дыры 1ES 1927. Астрономы разработали этот сценарий, чтобы объяснить развитие быстрых рентгеновских колебаний, обнаруженных спутником XMM-Newton ЕКА (Европейского космического агентства). Миссия ЕКА LISA, запуск которой запланирован на следующее десятилетие, должна быть в состоянии подтвердить присутствие белого карлика на его орбите путем обнаружения гравитационных волн, которые он производит. Фото предоставлено: НАСА/Аврора Симоннет, Государственный университет Сономы.

Статья под руководством Лахи, исследующая эту возможность, в настоящее время находится на рассмотрении в Astrophysical Journal и доступна на сервере препринтов arXiv. И Мейер, и Меган Мастерсон, аспирантка Массачусетского технологического института в Кембридже, которая также выступала на встрече, являются соавторами.

Используя наблюдения XMM-Newton, Мастерсон обнаружил, что в период с июля 2022 года по март 2024 года черная дыра демонстрировала чрезвычайно быстрые рентгеновские флуктуации. В течение этого периода яркость рентгеновских лучей неоднократно возрастала и падала на 10% каждые несколько минут. Такие изменения, так называемые квазипериодические колебания в миллигерцовом диапазоне, трудно обнаружить вокруг сверхмассивных черных дыр, и до сих пор они наблюдались лишь в нескольких системах.

Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте ежедневные или еженедельные новости о прорывах, инновациях и ключевых результатах исследований.

«Один из способов создать эти колебания — заставить объект вращаться по орбите внутри аккреционного диска черной дыры. В этом сценарии каждый рост и падение рентгеновских лучей представляет собой орбитальный цикл», — сказал Мастерсон.

Если бы колебания были вызваны вращающейся массой, период сократился бы по мере приближения объекта к горизонту событий черной дыры, точке невозврата. Вращающиеся массы создают волны в пространстве-времени, так называемые гравитационные волны. Эти волны удаляют орбитальную энергию, приближая объект к черной дыре, увеличивая его скорость и сокращая период его обращения.

За два года период колебаний сократился с 18 минут до всего лишь 7 минут — первое в своем роде измерение вокруг сверхмассивной черной дыры. Если это был орбитальный объект, то теперь он двигался со скоростью, составляющей половину скорости света. Затем произошло нечто неожиданное: период колебаний стабилизировался.

«Поначалу это нас шокировало», — объяснил Мастерсон. «Но мы поняли, что по мере приближения объекта к черной дыре его мощное гравитационное притяжение может начать оттягивать материю от спутника. Эта потеря массы могла бы компенсировать энергию, извлекаемую гравитационными волнами, и остановить движение спутника внутрь».

Так кем же может быть этот спутник? Маленькая черная дыра упала бы прямо в нее, а нормальную звезду быстро разорвало бы приливные силы вблизи гигантской черной дыры. Но команда обнаружила, что маломассивный белый карлик — остаток звезды размером с Землю — может оставаться нетронутым вблизи горизонта событий черной дыры, теряя при этом часть своего материала. Статья под руководством Мастерсона, обобщающая эти результаты, появится в журнале Nature.

Эта модель делает важный прогноз, отмечает Мастерсон. Если у черной дыры действительно есть спутник-белый карлик, производимые ею гравитационные волны могут быть обнаружены с помощью LISA (космическая антенна лазерного интерферометра), миссии ЕКА в сотрудничестве с НАСА, запуск которой ожидается в следующем десятилетии.

Кнопка «Наверх»