Специалисты в области астрономии выявили нестандартную корреляцию между вспышкой, вызванной сверхмассивной чёрной дырой, и последующим повышением интенсивности радиоизлучения, исходящего из её джетов. В начале февраля 2023 года чёрная дыра, расположенная в центре галактики NGC 1275, продемонстрировала резкое увеличение светимости в рентгеновском спектре, после чего, приблизительно через 300 дней, была зафиксирована вспышка радиоизлучения.

Вывод об этом был сделан исследователями на основе анализа почти двух десятилетий наблюдений, проведенных с использованием рентгеновского телескопа NASA Swift, в сочетании с данными радионаблюдений. Полученные результаты способствуют углубленному пониманию взаимосвязи между аккреционным диском сверхмассивной чёрной дыры и релятивистскими струями вещества — джетами, которые выбрасываются из области вокруг чёрной дыры.

Галактика NGC 1275 представляет собой уникальный объект для астрономических исследований.

NGC 1275 расположена в центре скопления галактик Персея и представляет собой наиболее яркий объект в этом скоплении. Данная структура отличается сложностью и динамичностью, демонстрируя признаки продолжающегося взаимодействия между галактиками, а также протяжённые газовые нити и обширные пузыри, возникшие вследствие активности сверхмассивной чёрной дыры, находящейся в центре.

NGC 1275 вызывает повышенный интерес у астрономов, поскольку предоставляет возможность исследовать взаимосвязь между процессом поглощения вещества чёрной дырой и формированием активности джетов. Эта взаимосвязь получила название связи между аккреционным диском и джетами.

Значимость NGC 1275 выходит за рамки изучения поведения самих чёрных дыр. Выбросы энергии от них способны оказывать воздействие на окружающий газ, что может препятствовать формированию новых звёзд и росту галактики.

Наблюдение подобных процессов представляет собой сложную задачу. Рентгеновская обсерватория Chandra обладает необходимой чувствительностью, однако наблюдения за NGC 1275 проводятся недостаточно регулярно для отслеживания быстрых колебаний её яркости. Также масса центральной чёрной дыры остаётся предметом научных споров: имеющиеся оценки различаются приблизительно в сто раз.

В связи с этим, специалисты решили использовать телескоп Swift. Несмотря на то, что его характеристики в рентгеновском спектре несколько ниже, чем у Chandra, он позволяет проводить систематические наблюдения за одним и тем же участком неба. Благодаря почти двум десятилетиям наблюдений ученые смогли отследить изменения в рентгеновском излучении NGC 1275 на протяжении длительного периода времени.

Зарегистрирована наиболее интенсивная рентгеновская вспышка

Проведенный анализ выявил, что в феврале 2023 года в NGC 1275 была зафиксирована наиболее интенсивная из зарегистрированных вспышек рентгеновского излучения, характеризующаяся приблизительным удвоением яркости источника.

Общая продолжительность этого явления не превысила 60 дней и, согласно имеющимся данным, включала в себя как минимум два отдельных эпизода увеличения интенсивности излучения, длившиеся примерно по пять суток каждый.

Специалисты рассмотрели ряд гипотез для объяснения произошедшего. Одной из них является сценарий приливного разрушения звезды, когда звезда, приблизившись к чёрной дыре на опасное расстояние, подвергается воздействию её гравитационных сил и распадается, а вещество звезды начинает аккрецировать на чёрную дыру.

Тем не менее, параметры зафиксированной вспышки не соответствовали прогнозируемому развитию событий при разрушении объекта приливными силами. В частности, интенсивность рентгеновского излучения снижалась более медленными темпами, чем предполагалось бы в подобной ситуации.

В связи с этим, исследователи склонны считать наиболее вероятным объяснением – изменение скорости аккреции, то есть объема вещества, поглощаемого черной дырой. Альтернативная гипотеза предполагает, что вспышка могла быть спровоцирована непосредственно в струе (джете), например, из-за ударных волн или иных процессов, происходящих на некотором удалении от черной дыры.

В поддержку связи с аккрецией приводят ряд особенностей излучения, включая его спектральные характеристики, высокую скорость изменения интенсивности и наличие характерной линии железа в рентгеновском спектре.

При этом ученые отмечают, что на текущем этапе невозможно однозначно утверждать, что все зарегистрированное рентгеновское излучение сформировалось непосредственно в короне – горячей плазме, окружающей черную дыру. Вероятно, часть вспышек образовалась дальше по направлению струи.

Радиоимпульс возник приблизительно через 300 дней после начала события.

Наиболее значимым оказалось сопоставление данных рентгеновских и радионаблюдений: специалисты зафиксировали усиление радиоизлучения от того же объекта, что последовало за рентгеновской вспышкой. Временной интервал между этими двумя явлениями составил около 296 дней.

По оценкам исследователей, подобная временная задержка может быть обусловлена необходимостью распространения волны возмущения от зоны рентгеновского излучения вблизи чёрной дыры до участка джета, где генерируется радиоизлучение.

Проще говоря, если причиной рентгеновской вспышки послужило изменение процесса аккреции или выброс вещества в джет, то вызванное этим возмущение могло распространяться наружу, требуя почти год для достижения области, откуда преимущественно исходит радиоизлучение.

Тем не менее, ученые указывают на то, что это лишь одна из возможных точек зрения. Зафиксированная задержка также может быть связана с тем, как волнение распространяется между различными областями струи вещества.

Несмотря на это, полученные данные дают уникальную возможность изучить взаимосвязь между явлениями, происходящими вблизи сверхмассивной чёрной дыры, и последующей активностью её струи.

Повторяющиеся синхронные наблюдения за активными галактиками с использованием рентгеновского и радиодиапазонов в дальнейшем могут помочь астрономам более детально разобраться в том, как изменения в аккреционном диске приводят к возникновению и модификации мощных потоков вещества, выбрасываемых из окрестностей чёрных дыр.

Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv.