Разорванная звезда сбила корону с чёрной дыры

Астрономы стали свидетелями небывалого явления: у сверхмассивной чёрной дыры внезапно исчезла корона. Учёные полагают, что в "свержении с престола" виновата погибшая звезда. Открытие описано в научной статье, опубликованной в издании Astrophysical Journal Letters. Напомним, что в центре практически каждой крупной галактики находится чёрная дыра массой от сотен тысяч до нескольких миллиардов солнц. Такая космическая хищница окружена облаком постепенно падающего на неё вещества. Эта раскалённая материя интенсивно излучает во всех диапазонах. Есть галактики, в которых на центральную чёрную дыру падает особенно мощный поток вещества. В этом случае астрономы говорят об активном ядре галактики, или АЯГ. Облако вещества, постепенно оседающего на чёрную дыру в центре АЯГ, имеет форму диска. Этот диск окружён своеобразной атмосферой из горячей разреженной материи, которую называют короной (по аналогии с короной Солнца). К слову, механизм образования короны чёрных дыр до сих пор не вполне понятен учёным. Эксперты полагают, что важную роль в нём играет магнитное поле диска. Но, так или иначе, короны наблюдаются у всех или почти всех АЯГ.

И вдруг у АЯГ 1ES 1927+654, находящегося в ста миллионах световых лет от Земли, королевское украшение попросту исчезло прямо на глазах изумлённых наблюдателей.

Эта история началась в марте 2018 года, когда чёрная дыра в галактике 1ES 1927+654 увеличила яркость в 40 раз. Но после этой вспышки активное ядро вдруг померкло. Всего за год его яркость в рентгеновском диапазоне уменьшилась в десять тысяч раз, что никогда не встречалось астрономам прежде.

"Мы полагали, что такие значительные изменения яркости должны наблюдаться на временных масштабах от многих тысяч до миллионов лет, – рассказывает соавтор статьи Эрин Кара (Erin Kara) из Массачусетского технологического института. – Но в случае данного объекта мы видели, как она изменилась в десять тысяч раз за год. И всего за сто часов она изменилась в сто раз, что совершенно неслыханно и поразительно".

Когда объект потускнел, из его излучения полностью пропали какие бы то ни было следы короны. Поясним, что она светится в рентгеновских лучах совсем не так, как сам диск.

Однако уже через несколько месяцев яркость АЯГ восстановилась, и его излучение снова говорило о присутствии короны. Чёрная дыра, так сказать, оправилась от дворцового переворота и короновалась вновь.

"Похоже, мы впервые видели, как корона сначала исчезла, а потом самопроизвольно восстановилась. И мы наблюдали за этим в режиме реального времени, – отмечает Кара. – Это может быть очень важно для понимания того, как корона чёрной дыры нагревается, и в первую очередь, подпитывается".

Что же стояло за этой космической игрой престолов? Исследователи полагают, что в диск врезалась приблизившаяся к чёрной дыре звезда.

Светило, конечно, было тут же разорвано и проглочено сверхмассивным монстром. В этом и могла быть причина мощной вспышки, которую первоначально зафиксировали телескопы. Но это вторжение нарушило хрупкое равновесие диска. В результате большую часть его материи, так сказать, досрочно смыло в чёрную дыру.

А потом, строго по Андерсену, выяснилось, что король голый. То есть чёрная дыра уже не окружена массивным светящимся диском вещества, поскольку она его непредусмотрительно съела. Этим и объясняется невиданное падение яркости объекта. И уж конечно, у остатков диска не было никакой короны.

Однако мощная гравитация ненасытной хищницы никуда не делась. И уже через несколько месяцев из разреженного межзвёздного газа и пыли, заполняющих просторы галактики, собрался новый плотный диск.

Теперь чёрная дыра с диском, возможно, снова будут жить в любви и согласии, хотя вряд ли кто-то извлечёт из случившегося хоть какой-то урок.

А вот астрономов космическая катастрофа может научить многому. Например, специалисты уже подсчитали, на каком расстоянии от чёрной дыры находится корона. Получилось, что она умещается на дистанции 75 миллионов километров, или четыре световые минуты от центра чёрной дыры (это всего половина расстояния от Земли до Солнца).

В центре галактики-призрака нашли экзотический объект

Ученые обнаружили редкую черную дыру средней массы (IMBH), удаленную от Земли на 10 миллионов световых лет. Открытие этого экзотического объекта поможет раскрыть механизмы образования сверхмассивных черных дыр, которые до сих пор остаются неизвестными. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Необычная черная дыра находится в галактике Призрак Мираха (NGC 404), названной так из-за слабого света и близкого видимого расположения на небесной сфере к звезде Мирах. Масса объекта в 550 тысяч раз превышает массу Солнца. IMBH занимают промежуточное положение между черными дырами звездной массы (до ста солнечных масс) и сверхмассивными черными дырами или SMBH (от миллиона до миллиарда солнечных масс). Обычная черная дыра образуется путем коллапса крупной звезды, однако если масса звезды слишком большая (130-250 масс Солнца), то она заканчивает свою жизнь в виде парно-нестабильной сверхновой, которая не оставляет после себя никакого остаточного объекта. Согласно одной из моделей довольно крупные черные дыры образуются при поглощении большого количества вещества, однако проблема состоит в том, что IMBH довольно редки. Согласно другому сценарию, сверхмассивные черные дыры возникают при прямом коллапсе плотных межзвездных облаков в ядрах галактик. На это указывает также то, что SMBH обнаруживаются в ранней Вселенной, когда с момента Большого взрыва прошло слишком мало времени, чтобы черная дыра успела вырасти до огромных размеров.

Исследователи обнаружили черную дыру в Призраке Мираха, наблюдая за движением газа вокруг ее ядра с помощью комплекса радиотелескопов ALMA (Atacama Large Millimeter Array) в Чили. Результаты моделирования показали, что картина соответствует наличию черной дыры средней массы. Согласно выводам ученых, ее существование поддерживает обе модели эволюции SMBH. Она имеет массу в пределах диапазона, предсказанного моделями прямого коллапса, однако при этом активно поглощает межзвездный газ.

Новые оценки размеров сверхмассивной черной дыры J2157* сделали ее одной из самых крупных и голодных во Вселенной 5.8

Сверхмассивные черные дыры находятся в центрах крупных галактик: например, у нашего Млечного Пути она имеет массу около четырех миллионов солнц. А в 2018 году астрономы сообщили об обнаружении такой дыры в центре далекой галактики SMSS J215728.21-360215.1 (J2157), оценив ее величину в целых 20 миллиардов солнечных масс, а скорость поглощения вещества — в 0,5 солнечной массы за день. Уже эти числа поставили J2157* в ряд самых крупных и «голодных» сверхмассивных черных дыр. Однако новые оценки размеров J2157 оказались еще впечатляющее. Кристофер Онкен (Christopher Onken) и его коллеги из Австралийского национального университета уточнили дистанцию до J2157*, а заодно и ее величину. Об этом они пишут в статье, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Оказалось, эта черная дыра и ее галактика находятся чуть дальше, чем считалось до сих пор, — на расстоянии примерно 13 миллиардов световых лет. Соответственно, новая оценка ее размеров составила уже 34 миллиарда масс Солнца, а скорость аккреции вещества — массу светила в день. «Она примерно в 8000 раз массивнее черной дыры в центре Млечного Пути, — говорит Кристофер Онкен. — Если бы наша дыра набрала столько вещества, ей бы пришлось проглотить для этого две трети всех звезд Галактики».

Соответствующим должен быть и диаметр J2157*, который оценивается в 670 а.е. (астрономических единиц, равных расстоянию от Земли до Солнца). Для сравнения, орбита Плутона в среднем не достигает и 40 а.е., а условная граница Солнечной системы (гелиопауза) находится примерно в 120 а.е. Таким образом, эта сверхмассивная черная дыра в несколько раз больше всей Солнечной системы.

Заметим, что рекордной J2157* все же не стала. Верхние строчки рейтинга вселенских великанов удерживают ультрамассивные черные дыры Holm 15A* и TON 618, которые оцениваются в колоссальные 40 миллиардов и 66 миллиардов солнечных масс. Однако с учетом возраста J2157* — ведь она набрала сравнимые размеры еще в молодой Вселенной — она представляет не меньший интерес, чем рекордсмены. Откуда и как подобные объекты так быстро набрали столь колоссальные объемы вещества, остается загадкой.

Короны сверхмассивных черных дыр могут являться источниками космических нейтрино

Происхождение высокоэнергетических космических нейтрино, наблюдаемых при помощи обсерватории IceCube Neutrino Observatory, детекторы которой расположены в толще антарктических льдов, представляет собой большую загадку для физиков и астрономов. Новая модель может помочь объяснить неожиданно мощный поток таких нейтрино в определенном интервале энергий, зафиксированный недавно совместно с гамма-излучением. Эта модель, описанная в новой научной работе, указывает на сверхмассивные черные дыры, расположенные в центрах активных галактик, как на возможные источники этих таинственных нейтрино. «Нейтрино представляют собой субатомные частицы, настолько крохотные, что их масса близка к нулю, и они редко взаимодействуют с другой материей, - рассказал Кота Мурасэ (Kohta Murase), ассистент-профессор физики, астрономии и астрофизики Университета штата Пенсильвания, США, и сотрудник Центра многоканальной астрофизики Института гравитации и космоса, возглавлявший данное исследование. – Высокоэнергетические космические нейтрино формируются в природных «ускорителях частиц», таких как нейтронные звезды и черные дыры. Они сопровождаются высокоэнергетическим гамма-излучением и даже иногда гравитационными волнами».

Однако недавно космическая гамма-обсерватория Fermi («Ферми») зарегистрировала неожиданной интенсивный поток нейтрино, имеющих среднюю для гамма-диапазона энергию (менее 100 тераэлектронвольт), на фоне относительно слабого потока гамма-лучей, соответствующего этому потоку нейтрино. Для объяснения этих наблюдений в своей работе Мурасэ с коллегами предлагает модель, согласно которой эти нейтрино излучаются в короне сверхмассивной черной дыры, представляющей собой зону с высокой излучательной способностью, формирующуюся над аккреционным диском черной дыры. Излучаемое короной гамма-излучение очень высокой энергии поглощается и переизлучается с более низкой энергией окружающим черную дыру материалом, после чего достигает Земли как поток нейтрино с энергией менее 100 ТэВ, в то время как слабо поглощаемые нейтрино свободно проходят сквозь зону поглощения и достигают нашей планеты в составе очень плотного потока, пояснили авторы.