Астрономи стали свідками енергетичного увімкнення чорної діри

Команда астрономів на чолі з дослідниками з Бірмінгемського університету, Університетського коледжу Лондона та Королівського університету Белфаста виявила одне з найдраматичніших “увімкнень” чорної діри, яке коли-небудь спостерігалося. Вони представлять свої результати у вівторок, 4 липня, на Національній астрономічній зустрічі 2023 року в Кардіффі.

J221951-484240, відома як J221951, є одним з найяскравіших транзієнтів – астрофізичних об’єктів, які змінюють свою яскравість за короткий проміжок часу – з коли-небудь зареєстрованих. Його відкрили доктор Саманта Оутс, астроном з Бірмінгемського університету, та її команда у вересні 2019 року під час пошуку електромагнітного світла від гравітаційної хвилі. Команда використовувала ультрафіолетовий і оптичний телескоп на борту обсерваторії Ніла Геррелса Свіфта для пошуку кілонової – ознаки злиття нейтронної зорі з іншою нейтронною зіркою або чорною дірою. Зазвичай кілонова виглядає блакитною, потім згасає і стає червоніти протягом декількох днів. Натомість вони знайшли дещо ще більш незвичне: J221951. Вона виглядала блакитною, але не змінювала колір і не згасала швидко, як кілонова.

Для спостереження J221951 і визначення її природи було використано кілька телескопів, зокрема космічні телескопи NASA Swift/UVOT і Hubble, Південноафриканський великий телескоп, а також засоби ESO, такі як Дуже великий телескоп і інструмент GROND на 2,2-метровому телескопі MPG/ESO в обсерваторії Ла-Сілла.

Спектр J221951, отриманий за допомогою космічного телескопа Габбл, виключив зв’язок J221951 з гравітаційною хвилею. Вивчивши світловий спектр J221951, доктор Оутс та її команда змогли визначити, що джерело знаходиться на відстані близько 10 мільярдів світлових років, на відміну від сигналу гравітаційної хвилі, який був виявлений на відстані менше ніж 0,5 мільярда світлових років. Той факт, що він світить так яскраво на такій великій відстані, робить J221951 одним з найяскравіших транзієнтів, коли-небудь виявлених.

Докази свідчать, що J221951 виникла в результаті надмасивної чорної діри, яка дуже швидко поглинала навколишній матеріал. На місці J221951 спостерігали червону галактику до її виявлення, і розташування J221951 узгоджується з центром галактики, де природно мала б перебувати масивна чорна діра. Вона почала світитися дуже раптово – приблизно за 10 місяців до першого виявлення – це означає, що чорна діра почала живитися дуже швидко, після того, як деякий час була тихою. Ультрафіолетовий спектр показує особливості поглинання, що відповідають матеріалу, виштовхнутому назовні величезним викидом енергії. Це, в поєднанні з великою світністю, робить це одне з найдраматичніших “увімкнень” чорної діри, які коли-небудь спостерігалися.

Команда визначила два можливі механізми, які могли б пояснити таке екстремальне живлення надмасивної чорної діри. Перший полягає в тому, що воно могло бути спричинене приливним збуренням – руйнуванням зорі, коли вона проходить близько до надмасивної чорної діри в центрі своєї галактики. Другий варіант – це те, що його могло спричинити активне галактичне ядро, яке “змінило стан” зі сплячого на активний. Тоді J221951 буде сигналом того, що спляча чорна діра в центрі галактики-господаря почала харчуватися матеріалом з акреційного диска.

Доктор Метт Ніколл, член команди з Королівського університету Белфаста, сказав: “Наше розуміння різних речей, які можуть робити надмасивні чорні діри, значно розширилося в останні роки, завдяки відкриттям розривів зірок на частини та акреції чорних дір з надзвичайно змінною світністю”. Він додає: “J221951 – один з найбільш екстремальних прикладів того, як чорна діра застає нас зненацька. Подальше спостереження за J221951 з метою визначення повного вивільнення енергії може дозволити нам з’ясувати, чи це приливне поглинання зірки чорною дірою, що швидко обертається, чи новий вид увімкнення AGN”.

Доктор Н. Пол Куїн, ще один член команди з Лабораторії космічних наук ім. Малларда в Університетському коледжі Лондона, сказав: “Ключовим відкриттям стало те, що ультрафіолетовий спектр, отриманий “Хабблом”, виключив галактичне походження. Це показує, наскільки важливо підтримувати можливості космічного УФ-спектрографа в майбутньому”.

Доктор Саманта Оутс додає: “У майбутньому ми зможемо отримати важливі підказки, які допоможуть відрізнити подію приливного збурення від сценаріїв активних галактичних ядер. Наприклад, якщо J221951 пов’язана з увімкненням наднової галактики, ми можемо очікувати, що вона перестане згасати та знову зросте в яскравості, тоді як якщо J221951 є приливним збуренням, ми очікуємо, що вона продовжуватиме згасати. Нам потрібно буде продовжити спостереження за J221951 протягом наступних кількох місяців і років, щоб зафіксувати її пізню поведінку”.

Читайте також:

• Надмасивна чорна діра Sagittarius A* прокинулася 200 років тому
• Чорна діра-вигнанка мчить крізь космос у супроводі хвоста з зірок-немовлят