В последнее время ученые уделяют особое внимание сверхмассивной черной дыре, расположенной в центре не очень далекой галактики — на расстоянии 100 миллионов световых лет от нашей планеты. Семь лет назад этот объект проявил необычную активность. Тогда астрономы впервые зафиксировали исчезновение аккреционного диска черной дыры, а затем его повторное возникновение. Новые данные принесли еще одно неожиданное открытие.
В 2018 году с помощью автоматизированной системы All-Sky Automated Survey for Super-Novae, ученые, занимающиеся поиском сверхновых на ночном небе зарегистрировали вспышку в галактике 1ES 1927+654. Источник события — активная сверхмассивная черная дыра в центре галактики, массой равной миллиону масс Солнца. Яркость объекта возросла почти в 40 раз, но затем сильно снизилась, а через какое-то время восстановилась до изначально наблюдаемых значений. Изменения яркости были особенно заметны в рентгеновском диапазоне.
Тогда ученые сделали вывод о том, что причиной изменения яркости является — корона черной дыры, представляющее собой облако раскаленной плазмы, закрученное в вихре. Корона внезапно и практически полностью исчезла, а затем вновь сформировалась. Авторы научной работы предполагают, что причиной аномалии стало прохождение мимо черной дыры звезды, которая под воздействием приливных сил была разрушена, что привело к кратковременному исчезновению короны. Останки звезды попали в аккреционный диск, что спровоцировало стремительное поглощение материи из его внутренней области. В результате это нарушило работу магнитного поля черной дыры, которое временно потеряло способность генерировать и поддерживать высокоэнергетическую корону.
Дополнительные наблюдения за 1ES 1927+654 позволили сделать еще одно важное открытие. Группа астрофизиков под руководством Меган Мастерсон ( Megan Masterson) группа исследователей из Массачусетского технологического института (США) зафиксировала увеличение частоты рентгеновских вспышек, исходящих из области, окружающей черную дыру. Подробности этого открытия ученые описали в научной статье, опубликованной в журнале Nature.
В 2019 году исследователи открыли так называемые квазипериодические рентгеновские вспышки, явления, исходящие от ядер галактик небольшой массы, в которых находятся сверхмассивные черные дыры, представляют интерес для ученых. Они проявляются в виде быстрых всплесков рентгеновского излучения, которые, вероятно, повторяются с интервалами от нескольких часов до почти суток. Природа этих всплесков до сих пор остается загадкой.
Рентгеновские вспышки, возникающие в центре 1ES 1927+654, характеризуются периодичностью, не встречающейся у других известных источников. Группа ученых под руководством Мастерсон зафиксировала, что начальные наблюдения, выполненные в 2022 году с использованием космического рентгеновского телескопа XMM-Newton, вспышки повторялись с интервалом в 18 минут. Однако через два года этот период уменьшился до семи минут, что является наивысшим зарегистрированным показателем. До этого момента ученые не наблюдали столь частого повторения рентгеновских вспышек от черной дыры.
Авторы научной работы в качестве возможных объяснений этого явления выделили белый карлик — крошечную звезду, сопоставимую по размеру с Землей, однако обладающую значительной массой и чрезвычайно высокую плотность: ее вещество в среднем отличается плотностью, во много раз превышающей плотность воды. Этот белый карлик, скорее всего, находится на орбите вокруг черной дыры и периодически сближается с горизонту событий — до границы области пространства-времени, характеризующейся настолько сильной гравитацией, что ни один сигнал не способен преодолеть её пределы и достичь наблюдателя, находящегося за её пределами.
«Белые карлики отличаются высокой плотностью, что позволяет им сближаться с черными дырами на меньшее расстояние, чем другие небесные тела. По словам Мастерсон, в данном случае белый карлик должен демонстрировать некую форму стабилизации, подбираясь к горизонту событий на оптимальное расстояние, обеспечивающее его сохранность.
Исследователи предположили, что белый карлик, масса которого составляет примерно одну десятую массы Солнца, находится очень близко к границе, за которой уже нет обратного пути, и, по расчетам, находится всего в нескольких миллионах километров от горизонта событий. Однако, согласно моделям, маломассивная звезда не должна упасть в черную дыру. С одной стороны, на объект воздействуют значительные гравитационные силы, тянущие белый карлик к черной дыре, с другой – он выбрасывает часть своего внешнего слоя в черную дыру, что оказывает эффект «отталкивания». В конечном итоге, компактный объект оказывает сопротивление и не пересекает горизонт событий.
По мере того, как объект приближается к горизонту событий, белый карлик демонстрирует возрастающую скорость, что может служить объяснением увеличения частоты рентгеновских вспышек, зафиксированных Мастерсон и ее командой.
Обнаружение вспышек в рентгеновском диапазоне свидетельствует о расположении источника в непосредственной близости от черной дыры. Внутренние области черной дыры представляют собой среду с экстремально высоким уровнем энергии, где рентгеновское излучение возникает благодаря быстродвижущейся горячей плазме. На большем удалении от центра рентгеновское излучение менее вероятно, поскольку газ в аккреционном диске движется с меньшей скоростью. Вещество в более холодных слоях диска может испускать излучение в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах, однако всплески рентгеновского излучения наблюдаются нечасто.
Если ученые выяснят причину квазипериодических рентгеновских вспышек, происходящих с беспрецедентной частотой у белого карлика, они смогут понять механизм взаимодействия подобных объектов с черными дырами. Такие взаимодействия приводят к интенсивному генерированию гравитационных волн, которые потенциально могут быть зафиксированы современными научными приборами, например, космическим детектором гравитационных волн нового поколения Космическая антенна лазерной интерферометрии NASA (LISA), старт которой намечен на середину 2030-х годов.
Мастерсон и ее соавторы пришли к двум ключевым заключениям. Прежде всего, предполагаемый белый карлик в системе 1ES 1927+654, возможно, является ближайшим к черной дыре объектом, когда-либо обнаруженным исследователями. Если это подтвердится, то белые карлики способны приближаться к горизонту событий на небольшое расстояние, сохраняя свою структуру в течение значительного времени. Кроме того, дополнительные исследования помогут углубить понимание поведения объектов в условиях экстремальных воздействий, возникающих вблизи горизонта событий.
Несмотря ни на что, ученые не прекратят наблюдений за галактикой 1ES 1927+654 и будут исследовать, как изменения в поведении белого карлика и черной дыры способны внести вклад в новые открытия в астрофизике.