«Обнаруженный в 2020 году «икание» в центре удаленной галактики оказалось результатом вращения малой черной дыры, создающей разрывы в аккреционном диске. Впервые ученые идентифицировали систему, состоящую из сверхмассивной и обычной черных дыр.
В 2015 году обсерватория LIGO впервые зафиксировала гравитационные волны, которые, по мнению ученых, возникли в результате слияния двух черных дыр. С тех пор астрономы зарегистрировали гравитационные волны, исходящие от нескольких десятков подобных процессов. В большинстве случаев эти события происходят в условиях отсутствия видимого излучения, когда черные дыры с умеренной массой объединяются.
Для детального изучения слияний необходимы другие явления, такие как взаимодействие массивных чёрных дыр с чётко видимым аккреционным диском. Кроме того, было бы полезно начинать наблюдения за подобными событиями заблаговременно, поэтому астрономы выявляют подходящие пары космических объектов. Одной из наиболее многообещающих комбинаций является компактный объект, расположенный вблизи сверхмассивной чёрной дыры. Именно такую пару случайно обнаружили учёные.
В 2020 году автоматизированная сеть телескопов ASAS-SN, которая ежедневно проводит сканирование неба для обнаружения сверхновых и других быстропротекающих явлений, зарегистрировала внезапную вспышку. Галактика, расположенная на расстоянии 800 миллионов световых лет от Земли, увеличила свою яркость в тысячу раз. Получив уведомление об этом событии, Дхирадж Пашам, астрофизик из Массачусетского технологического института (США), направил на галактику рентгеновский телескоп NASA NICER, размещенный на Международной космической станции. В течение примерно четырех месяцев телескоп регулярно проводил съемку объекта, а также в сборе данных принимали участие другие обсерватории.
После изучения полученных данных и проведения статистической обработки, исследователи во главе с Пашамом установили, что из аккреционного диска сверхмассивной черной дыры вещество выбрасывается с интервалом в 8,5 дня, кратковременно подавляя излучение. Этот процесс напоминал изменения в излучении звезды, сопровождающиеся прохождением рядом планеты.
Раньше астрономы не обратили внимания на это явление из-за низкой яркости аккреционного диска. По всей видимости, звезда приблизилась на опасное расстояние к сверхмассивной черной дыре и была разорвана гравитацией. Этот процесс приливного разрушения вызвал резкое увеличение светимости диска, которое и зафиксировали телескопы. Анализ всплеска позволил ученым выявить его периодичность.
В ходе исследования авторы изучили различные предположения относительно природы «мигания», применяя, среди прочего, двумерное компьютерное моделирование. Рассматривались такие факторы, как особенности аккреционного диска, фрагментация звезды, поток обломков от разрушенной звезды и другие. В итоге исследователи установили, что причиной является компактный объект, который вращается под значительным углом к сверхмассивной черной дыре. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.
Объект имеет массу в диапазоне от 100 до 10 000 солнечных масс, что соответствует черной дыре средней массы. Несмотря на то, что подобную пару зафиксировали впервые, по мнению авторов исследования, она расположена в пределах 800 миллионов световых лет от Земли, среди 2,5 миллиона галактик. Ежегодно в галактиках, содержащих пару из сверхмассивной и обычной черных дыр, может происходить до пяти (или от 0,07 до 5,3, если быть точнее) событий приливного разрушения. Это относительно небольшое число, однако при длительном наблюдении за активными ядрами галактик есть шанс зафиксировать «икание», возникающее при поглощении звезды, и по его периодичности определить наличие компактного, но массивного компаньона.
Оказывается, аккреционные диски, окружающие сверхмассивные черные дыры, не являются однородными структурами. В них могут находиться черные дыры меньшего размера, а также, вероятно, звезды.
«Это принципиально другая система. Она не соответствует нашим текущим представлениям о подобных структурах. Мы наблюдаем свидетельства того, что объекты способны проникать сквозь диск и проходить его насквозь под различными углами, что не согласуется с общепринятой моделью простого газового диска вокруг черной дыры. По нашему мнению, существует множество аналогичных систем», — объяснил важность открытия Пашам.