Астрономы впервые наблюдали формирование плазменных струй из сверхмассивной черной дыры в режиме реального времени. Интенсивность излучения, исходящего от черной дыры, внезапно изменилась (всего за несколько месяцев), что указывает на резкое изменение поведения материи в ее аккреционном диске — явление, которое, как считалось ранее, происходит в течение тысяч или даже миллионов лет.
Активные галактические ядра (АГЯ) — это галактики со сверхмассивными черными дырами в центре. Эти черные дыры медленно накапливают материю в течение тысяч лет, прежде чем временно прекратить свою активность. Астрономы полагают, что динамика материи, окружающей и питающей эти черные дыры, ответственна за гигантские струи плазмы, которые они иногда могут выбрасывать на расстояние в несколько тысяч световых лет от галактики-хозяина.
Недавно исследователи обнаружили АГЯ с экстремальной изменчивостью светимости (АГЯ с меняющимся внешним видом). Эти вариации проявляются не только на видимых длинах волн, но и в ультрафиолетовых и рентгеновских спектрах черных дыр-источников. Однако до сих пор эти черные дыры наблюдались в два разных момента, с разницей в несколько лет или десятилетий.
В 2018 году международная команда обнаружила АГЯ, характеристики которого резко изменились — всего за несколько месяцев. Названная 1ES 1927+654, она представляет собой АГЯ, расположенную на расстоянии около 270 миллионов световых лет от Земли, где находится активная сверхмассивная черная дыра массой около 1,4 миллиона солнечных масс. Последняя внезапно увеличила скорость поглощения материи в геометрической прогрессии, увеличив свою светимость в видимом спектре в 100 раз.
Хотя считалось, что подобные изменения происходят лишь на временном интервале в несколько тысяч лет, 1ES 1927+654 вновь продемонстрировала колебания светимости в 2023 году. «Это открытие бросает вызов существующим моделям активности АГЯ и подчеркивает уникальную роль, которую АГЯ с меняющимся внешним видом играют в раскрытии тайн центрального двигателя активных галактик в режиме реального времени», — объясняет Оник Шуво, соавтор нового исследования, подробно описанного в журнале The Astrophysical Journal Letters, в пресс-релизе Мэрилендского университета.
Струи, простирающиеся на полсветового года
Для наблюдения за активностью 1ES 1927+654 в режиме реального времени исследователи использовали несколько приборов и установок, включая обсерваторию НАСА Neil Gehrels Swift, телескоп Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) на Международной космической станции (МКС) и космическую обсерваторию XMM-Newton Европейского космического агентства (ESA). Хотя телескопы обычно резервируются на месяцы или годы вперед, команда срочно попросила использовать эти инструменты из-за скорости эволюции 1ES 1927+654.
Наиболее детальные изображения были получены с помощью техники, называемой интерферометрией с очень длинной базовой линией (VLBI). Она предполагает одновременное наблюдение за одним и тем же источником с помощью сети радиотелескопов, расположенных в нескольких точках планеты на расстоянии нескольких тысяч километров друг от друга.
Наблюдения показали чрезвычайно высокий уровень рентгеновского излучения в 2018 году, после чего наступило затишье в 2020 году. В 2023 году вновь наблюдался резкий рост активности, причем интенсивность радиоволн увеличилась в 60 раз всего за несколько месяцев — такое поведение никогда ранее не наблюдалось в реальном времени.
Радиоданные, собранные в феврале, апреле и мае 2024 года, показали наличие струй ионизированной плазмы. Это подтвердили изображения, полученные с помощью VLBI, на которых четко видны струи, проецирующиеся по обе стороны от черной дыры и простирающиеся на расстояние около полусвета. «Это первый случай, когда джет черной дыры наблюдался непосредственно во время ее формирования», — заявила Эйлин Мейер, ведущий автор исследования из Университета Мэриленда, в пресс-релизе НАСА.
На радиоизображениях 1ES 1927+654 видны зарождающиеся структуры, которые кажутся плазменными струями, вырывающимися с обеих сторон центральной черной дыры галактики после сильной радиовспышки. На первом снимке, сделанном в июне 2023 года, не видно никаких признаков струй, возможно, потому, что их скрыл горячий газ. Затем, начиная с февраля 2024 года, структуры появляются и распространяются от центра галактики, покрывая общее расстояние около половины светового года, измеренное от центра каждой структуры.
Белый карлик на орбите черной дыры?
В отличие от джетов, которые обычно производят сверхмассивные черные дыры AGN, джеты 1ES 1927+654 относительно невелики. По мнению исследователей, это может свидетельствовать о приливном нарушении, вызванном одним объектом, которое произошло во время повышения активности в 2018 году. Когда объект приближается к черной дыре, это может вызвать кратковременное увеличение яркости, длящееся несколько лет.
Затем черной дыре потребовалось бы еще несколько лет, чтобы организоваться и начать выпускать джеты. С другой стороны, «мы думаем, что отток начался раньше, когда рентгеновские лучи увеличились до радиовспышки, и джет был скрыт от нашего взгляда горячим газом до вспышки в начале прошлого года», — говорит Мейер.
Кроме того, наблюдения XMM-Newton показали, что черная дыра демонстрировала чрезвычайно быстрые колебания рентгеновского излучения в период с июля 2022 по март 2024 года (колебания на 10% каждые несколько минут). Известные как миллигерцовые квазипериодические колебания, эти колебания могут возникать, когда объект вращается по орбите аккреционного диска черной дыры. Каждое изменение рентгеновского излучения соответствует орбитальному циклу.
Если вокруг черной дыры вращается массивный объект, то период этих колебаний должен уменьшаться по мере приближения к горизонту событий. Для 1ES 1927+654 этот период сократился с 18 до 7 минут всего за два года. Однако по прошествии этого времени период колебаний стабилизировался.
Предполагается, что это связано с потерей материи из орбитального объекта, который постепенно разрывается на части под действием гравитационного притяжения черной дыры. По мнению команды, очень вероятно, что это белый карлик. Однако «предстоит еще много теоретической работы, чтобы понять то, что мы наблюдали, но хорошая новость заключается в том, что у нас есть значительный объем данных», — заключает Мейер.
Читайте все последние новости астрофизики на New-Science.ru
