Чорна діра прокинулась і її поведінка шокує вчених

Надмасивна чорна діра за 300 мільйонів світлових років від нас поставила астрофізиків у глухий кут. Вона ховається в центрі галактики під назвою SDSS1335+0728, і з 2019 року дослідники в реальному часі спостерігають, як вона прокидається після тривалого спокою й починає вивергати серії світлових спалахів. Це саме по собі відповідає відомій поведінці надмасивних чорних дір. Але поведінка цієї конкретної чорної діри — яку охрестили «Анскі» — настільки дивна й бурхлива, що пояснити її дуже складно.

«Спалахи рентгенівського випромінювання від Анскі тривають у 10 разів довше й у 10 разів яскравіші, ніж типові квазіперіодичні виверження», — говорить астрофізик Джохін Чакраборті з Массачусетського технологічного інституту.

«Кожне з цих вивержень вивільняє в сто разів більше енергії, ніж ми бачили будь-де ще. Виверження Анскі також мають найдовший із коли-небудь зафіксованих ритм — приблизно 4,5 дня. Це ставить наші моделі на межу можливого й кидає виклик існуючим уявленням про механізм виникнення цих рентгенівських спалахів».

Поширене уявлення про чорну діру — як про космічний пилосос, який постійно поглинає все навколо себе — є лише частиною складного існування найщільніших об’єктів у Всесвіті.

Як і будь-яке тіло з масою, гравітаційний вплив чорної діри має обмеження. Надмасивні чорні діри можуть проходити як через фази шаленого поглинання речовини, так і через фази відносного спокою, коли вони майже не втягують матеріал. Наприклад, чорна діра в центрі нашого Чумацького Шляху зараз перебуває в спокійному стані.

Астрономи вважають, що активність надмасивних чорних дір, під час якої вони поглинають величезні обсяги матеріалу, є критично важливою для їх еволюції та еволюції навколишніх галактик.

По-перше, чорні діри повинні були якось вирости до таких колосальних розмірів; активне поглинання, ймовірно, є частиною цього процесу. До того ж, майже в кожній галактиці в центрі є надмасивна чорна діра. Її активність впливає на формування зірок і хімічну еволюцію галактики.

Ми знаємо, що чорні діри можуть переходити між активним і спокійним станом, часом пробуджуючись у вигляді квазіперіодичних вивержень. У 2019 році Анскі стала першою надмасивною чорною дірою, у якої зафіксували перехід в активний стан у реальному часі.

«Це вперше, коли ми спостерігаємо подібну подію у чорної діри, яка, здається, пробуджується», — каже астроном Лорена Ернандес-Гарсія з Інституту астрофізики Міленіум (MAS) та Університету Вальпараїсо в Чилі, яка очолила дослідження.

«Перший епізод квазіперіодичних вивержень був відкритий у 2019 році, і відтоді ми зафіксували лише кілька подібних випадків. Ми досі не розуміємо, що їх спричиняє. Вивчення Анскі допоможе нам краще зрозуміти чорні діри та їхню еволюцію».

Сама чорна діра не випромінює світло. Але активність у її гравітаційному полі — зовсім інша справа. Тертя й гравітація у матеріалі, що обертається навколо чорної діри, спричиняють екстремальні температури, які випромінюють потужне світло під час «годування» чорної діри.

Науковці припускали, що квазіперіодичні виверження виникають, коли якесь тіло — наприклад, зірка або менша чорна діра — наближається до надмасивної чорної діри й починає взаємодіяти з оточуючим матеріалом, викликаючи серію спалахів.

Однак світло, яке випромінює Анскі, складно пояснити. Воно надзвичайно яскраве в різних діапазонах — від інфрачервоного до рентгенівського, а виверження тривають довше, ніж передбачено моделями для випадкових космічних об’єктів. Це надзвичайно захопливо… але водночас означає, що нам потрібно набагато більше даних.

«Ми вважали, що квазіперіодичні виверження — це результат захоплення малих небесних тіл більшими і їхнього спірального падіння на них. Але виверження Анскі, здається, розповідають іншу історію. Ці повторювані спалахи, ймовірно, також пов’язані з гравітаційними хвилями, які майбутня місія ESA LISA зможе зафіксувати», — каже астроном Ерван Квентін з Європейського космічного агентства.

«Вкрай важливо мати ці рентгенівські спостереження, які доповнять дані про гравітаційні хвилі й допоможуть нам розгадати загадкову поведінку масивних чорних дір».

Дослідження було опубліковане в журналі Nature Astronomy.