Вчені стали свідками енергетичного перемикання чорної діри

Команда астрономів під керівництвом дослідників з Бірмінгемського університету, Університетського коледжу Лондона та Королівського університету в Белфасті виявила одне з найдраматичніших «вмикань» чорної діри, які коли-небудь бачили. Вони представлять свої висновки у вівторок, 4 липня, на Національній астрономічній зустрічі 2023 року в Кардіффі. Робота також буде опублікована в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

J221951-484240, відомий як J221951, є одним із найяскравіших транзиентів — астрофізичних об’єктів, які змінюють свою яскравість протягом короткого періоду часу — коли-небудь зареєстрованих. Його виявила доктор Саманта Оутс, астроном з Бірмінгемського університету, та її команда у вересні 2019 року під час пошуку електромагнітного світла від події гравітаційної хвилі. Команда використовувала ультрафіолетовий та оптичний телескоп на борту обсерваторії Ніла Герельса Свіфта, щоб шукати кілонову, ознаку злиття нейтронної зірки з іншою нейтронною зіркою або чорною дірою. Кілонова зазвичай виглядає синьою, потім тьмяніє та стає більш червоною протягом кількох днів. Натомість вони знайшли щось ще більш незвичайне: J221951. Перехідний процес виглядав синім, але не змінював колір і не зникав швидко, як це робила б кілонова.

Для спостереження за J221951 та визначення його природи було використано кілька телескопів, у тому числі космічний телескоп NASA Swift/UVOT і Hubble, південноафриканський Великий телескоп і засоби ESO, такі як Дуже Великий Телескоп і інструмент GROND на MPG/ESO 2.2- метровий телескоп в обсерваторії Ла Сілла.

Спектр J221951, отриманий космічним телескопом Хаббла, виключив зв’язок J221951 із подією гравітаційної хвилі. Досліджуючи спектр світла J221951, доктор Оутс і її команда змогли визначити, що джерело знаходиться приблизно в 10 мільярдах світлових років від нас, на відміну від сигналу гравітаційної хвилі, який був виявлений на відстані менше ніж 0,5 мільярдів світлових років. Той факт, що він світить так яскраво на такій великій відстані, робить J221951 одним із найяскравіших перехідних процесів, які коли-небудь виявляли.

Докази свідчать про те, що J221951 виникла в результаті того, що надмасивна чорна діра дуже швидко харчувалася навколишнім матеріалом. Червона галактика спостерігалася в місці розташування J221951 до її виявлення, і розташування J221951 узгоджується з центром галактики, де природним чином перебувала б масивна чорна діра. Воно почало сяяти дуже раптово — приблизно за 10 місяців до першого виявлення — це означає, що чорна діра почала живитися дуже швидко після того, як деякий час затихла. Ультрафіолетовий спектр демонструє характеристики поглинання, що відповідають матеріалу, який виштовхується назовні завдяки величезному виділенню енергії. Це, у поєднанні з великою яскравістю, робить це одне з найдраматичніших «вмикань» чорної діри, які коли-небудь бачили.

Команда визначила два можливі механізми, які могли б пояснити це екстремальне живлення надмасивної чорної діри. Перший полягає в тому, що це могло бути спричинено подією приливного руйнування — руйнування зірки, коли вона проходить поблизу надмасивної чорної діри в центрі своєї галактики. По-друге, він міг бути створений активним галактичним ядром, яке «змінило стан» зі сплячого на активний. Тоді J221951 буде сигналом того, що спляча чорна діра в центрі головної галактики почала харчуватися матеріалом з акреційного диска.

Доктор Метт Ніколл, член групи з Королівського університету Белфаста, сказав: «Наше розуміння різних речей, які можуть робити надмасивні чорні діри, значно розширилося за останні роки, завдяки відкриттям зірок, які розриваються на частини та накопичуються чорні діри з величезною змінна яскравість». Він додає: «J221951 є одним із найбільш екстремальних прикладів чорної діри, яка застала нас зненацька. Постійний моніторинг J221951 для визначення загального вивільнення енергії може дозволити нам визначити, чи є це припливним руйнуванням зірки швидко обертається чорна діра або новий тип перемикача AGN».

Доктор Н. Пол Куїн, інший член групи з Лабораторії космічної науки Малларда в Університетському коледжі Лондона, сказав: «Ключовим відкриттям стало те, що ультрафіолетовий спектр Хаббла виключив галактичне походження. Це показує, наскільки важливо підтримувати космічний ультрафіолетовий спектрограф для майбутнього».

Доктор Саманта Оутс додає: «У майбутньому ми зможемо отримати важливі підказки, які допоможуть відрізнити подію приливного зриву від сценаріїв активних галактичних ядер. Наприклад, якщо J221951 пов’язаний з увімкненням AGN, ми можемо очікувати, що він припиниться Яскравість J221951 зникає і знову збільшується, тоді як, якщо J221951 є подією приливного зриву, ми очікуємо, що він продовжить згасати. Нам потрібно буде продовжувати моніторинг J221951 протягом наступних кількох місяців або років, щоб зафіксувати його пізню поведінку». Джерело