|
Черная дыра пробивает диск более крупной черной дыры
|
|
|
|
Похоже, что в сердце далекой галактики у сверхмассивной черной дыры возникли проблемы. Астрономы из Массачусетского технологического института, Италии, Чехии и других стран обнаружили, что ранее спокойная черная дыра, расположенная в центре галактики на расстоянии около 800 миллионов световых лет от нас, внезапно начала извергаться, испуская столбы газа каждые 8,5 дней, прежде чем вернуться в свое нормальное, спокойное состояние. Периодические сбои - это новое поведение, которое до сих пор не наблюдалось в черных дырах. Ученые полагают, что наиболее вероятное объяснение вспышек связано со второй, меньшей черной дырой, которая вращается вокруг центральной, сверхмассивной черной дыры и выбрасывает материал из газового диска более крупной черной дыры каждые 8,5 дней.
|
|
|
|
Выводы команды, опубликованные в журнале Science Advances, бросают вызов общепринятой картине аккреционных дисков черных дыр, которые, как предполагали ученые, представляют собой относительно однородные газовые диски, вращающиеся вокруг центральной черной дыры. Новые результаты показывают, что аккреционные диски могут быть более разнообразными по своему содержимому, возможно, они содержат другие черные дыры и даже целые звезды. "Мы думали, что много знаем о черных дырах, но это говорит нам о том, что они могут делать гораздо больше", - говорит автор исследования Дхирадж "Ди Джей" Пашам, научный сотрудник Института астрофизики и космических исследований Кавли Массачусетского технологического института. "Мы думаем, что подобных систем будет еще много, и нам просто нужно собрать больше данных, чтобы найти их".
|
|
|
Соавторами исследования в Массачусетском технологическом институте являются постдок Питер Косец, аспирантка Меган Мастерсон, доцент Эрин Кара, главный научный сотрудник Рональд Ремиллард и бывший научный сотрудник Майкл Фаусно, а также сотрудники из нескольких учреждений, включая Римский университет Тор Вергата, Астрономический институт Чешской академии наук, и Университет Масарика в Чешской Республике. Выводы команды стали результатом автоматического обнаружения с помощью ASAS-SN (the All Sky Automated Survey for SuperNovae), сети из 20 роботизированных телескопов, расположенных в различных местах по всему северному и южному полушариям. Телескопы автоматически осматривают все небо один раз в день в поисках признаков появления сверхновых и других кратковременных явлений. В декабре 2020 года исследование зафиксировало вспышку света в галактике, находящейся на расстоянии около 800 миллионов световых лет. Эта конкретная часть неба была относительно тихой и темной до обнаружения телескопами, когда галактика внезапно осветилась в 1000 раз.
|
|
|
|
Пашам, который случайно увидел сообщение об обнаружении в социальной сети, решил сосредоточиться на вспышке с помощью рентгеновского телескопа NICER (Neutron star Interior Composition Explorer), установленного на борту Международной космической станции, который постоянно отслеживает небо на предмет рентгеновских вспышек, которые могут сигнализировать об активности нейтронных звезд. звезды, черные дыры и другие экстремальные гравитационные явления. Время было выбрано случайно, поскольку подходил к концу годичный период работы Пашама, в течение которого ему разрешалось наводить или "запускать" телескоп. "Нужно было либо воспользоваться этим, либо потерять, и это оказалось моим самым удачным открытием", - говорит он. Он тренировал НИЦЕРА наблюдать за далекой галактикой, в то время как она продолжала вспыхивать. Вспышка продолжалась около четырех месяцев, прежде чем прекратилась. В течение этого времени NICER ежедневно с высокой частотой проводил измерения рентгеновского излучения галактики. Когда Пашам внимательно изучил данные, он заметил любопытную закономерность в четырехмесячной вспышке: едва заметные провалы в очень узкой полосе рентгеновского излучения, которые, казалось, появлялись каждые 8,5 дней.
|
|
|
|
Оказалось, что энергетический всплеск в галактике периодически ослабевает каждые 8,5 дней. Сигнал похож на то, что наблюдают астрономы, когда планета, вращающаяся по орбите, проходит перед своей звездой, на короткое время блокируя свет звезды. Но ни одна звезда не смогла бы заблокировать вспышку от целой галактики. "Я ломал голову, что бы это могло значить, потому что эта схема не соответствует тому, что мы знаем об этих системах", - вспоминает Пашам. В поисках объяснения периодическим провалам Пашам наткнулся на недавнюю статью физиков-теоретиков из Чехии. Теоретики по отдельности пришли к выводу, что теоретически в центральной сверхмассивной черной дыре галактики может находиться вторая, гораздо меньшая черная дыра. Эта черная дыра может вращаться под углом к аккреционному диску своего более крупного спутника.
|
|
|
|
Как и предполагали теоретики, вторичная черная дыра, вращаясь по орбите, периодически пробивала бы диск первичной черной дыры. При этом она выбрасывала бы струйку газа, как пчела, пролетающая сквозь облако пыльцы. Мощные магнитные поля, расположенные к северу и югу от черной дыры, могли бы затем направить шлейф вверх и за пределы диска. Каждый раз, когда черная дыра меньшего размера пробивает диск насквозь, она выбрасывает очередной шлейф в обычном, периодическом порядке. Если бы этот шлейф оказался направлен в направлении наблюдательного телескопа, он мог бы наблюдать за ним как за падением общей энергии галактики, время от времени на короткое время блокирующим свет диска. "Я был очень взволнован этой теорией и немедленно отправил им электронное письмо, в котором написал: "Я думаю, мы наблюдаем именно то, что предсказывала ваша теория", - говорит Пашам.
|
|
|
|
Он и чешские ученые объединились, чтобы проверить эту идею с помощью моделирования, которое включало наблюдения NICER за первоначальным выбросом и регулярные 8,5-дневные спады. То, что они обнаружили, подтверждает теорию: наблюдаемая вспышка, вероятно, была сигналом о существовании второй, меньшей черной дыры, вращающейся вокруг центральной сверхмассивной черной дыры и периодически пробивающей ее диск. В частности, команда обнаружила, что до обнаружения в декабре 2020 года в галактике было относительно тихо. По оценкам команды, центральная сверхмассивная черная дыра галактики по массе равна 50 миллионам солнц. До вспышки вокруг черной дыры, возможно, вращался слабый диффузный аккреционный диск, поскольку вторая черная дыра, меньшего размера, массой от 100 до 10 000 масс Солнца, вращалась по орбите в относительной неизвестности. Исследователи подозревают, что в декабре 2020 года третий объект — вероятно, ближайшая звезда — подлетел слишком близко к системе и был разорван на куски огромной гравитацией сверхмассивной черной дыры — событие, известное астрономам как "приливное разрушение".
|
|
|
|
Внезапный приток звездного вещества на мгновение осветил аккреционный диск черной дыры, когда обломки звезды закружились в черной дыре. В течение четырех месяцев черная дыра наслаждалась звездным мусором, в то время как вторая черная дыра продолжала вращаться по орбите. Когда он пробил диск, из него вырвался гораздо больший шлейф, чем обычно, который, как оказалось, вылетел прямо в прицел НАЙСЕРА. Команда провела многочисленные моделирования, чтобы проверить периодические провалы. Наиболее вероятным объяснением, по их мнению, является новый тип системы Давида и Голиафа - крошечная черная дыра средней массы, вращающаяся вокруг сверхмассивной черной дыры. "Это совсем другое явление", - говорит Пашам. "Это не соответствует тому, что мы знаем об этих системах. Мы видим свидетельства того, что объекты входят в диск и проходят через него под разными углами, что бросает вызов традиционной картине простого газового диска вокруг черных дыр. Мы думаем, что существует огромное количество таких систем".
|
|
|
|
"Это блестящий пример того, как использовать обломки разрушенной звезды для освещения внутренней части ядра галактики, которая в противном случае оставалась бы темной. Это сродни использованию флуоресцентного красителя для обнаружения утечки в трубе", - говорит Ричард Сакстон, рентгеновский астроном из Европейского центра космической астрономии (ESAC) в Мадриде, Испания, который не принимал участия в исследовании. "Этот результат показывает, что очень близкие двойные сверхмассивные черные дыры могут быть обычным явлением в ядрах галактик, что является очень интересной разработкой для будущих детекторов гравитационных волн".
|
|
|
|
Источник
|
