“Гикання” в центрі далекої галактики, помічене 2020 року, пояснили кружлянням маленької чорної діри, що пробиває дірки в акреційному диску. Уперше вчені знайшли систему з надмасивної та звичайної чорних дір.

Ілюстрація пари з надмасивної та маленької чорних дір. Літаючи навколо “старшої” сестри, маленька діра пробиває акреційний диск, провокуючи регулярні зміни яскравості. Щоправда, вчені помітили їх лише через збільшену яскравість диска / © Jose-Luis Olivares, MIT

Перші підтверджені гравітаційні хвилі, спіймані обсерваторією LIGO в 2015 році, прилетіли від злиття двох чорних дір, як вважають вчені. За минулі роки астрономи зареєстрували гравітаційні хвилі від десятків таких подій. Причому це майже завжди “темні” події, коли чорні діри помірних мас зливаються без істотного світіння.

Щоб добре спостерігати злиття, потрібні інші події – наприклад, за участю великих чорних дір із добре помітним у телескопи акреційним диском. І взагалі, добре б починати спостереження за такими подіями заздалегідь, тому астрономи шукають відповідні пари космічних тіл. Одна з найперспективніших комбінацій – компактний об’єкт поруч із надмасивною чорною дірою. Саме такий об’єкт випадково знайшли дослідники.

У 2020 році автоматизована мережа телескопів ASAS-SN, яка щодня сканує небо на предмет наднових та інших короткочасних подій, зловила спалах. Галактика за 800 мільйонів світлових років від нас стала в тисячу разів яскравішою. Помітивши сповіщення про подію, Дхірадж Пашам (Dheeraj Pasham), астрофізик із Массачусетського технологічного інституту (США), направив на галактику рентгенівський телескоп NASA NICER, встановлений на МКС. Протягом приблизно чотирьох місяців телескоп регулярно робив знімки об’єкта. Також у зборі даних брали участь інші обсерваторії.

Проаналізувавши зібрані дані та провівши статистичний аналіз, група вчених під керівництвом Пашама дійшла висновку, що з акреційного диска надмасивної чорної діри з періодичністю у 8,5 дня вилітає матерія, заглушаючи ненадовго випромінювання. Чимось це було схоже на перепади випромінювання зірки, поруч із якою літає планета.

• Що не так з металами на Місяці: астрономи зайшли в глухий кут
• Колонізація Марса: Квиток в один кінець
• Подивіться на Меркурій поблизу на знімках зонда «БепіКоломбо» (фото)

Чому ж астрономи раніше не помічали цього “гикання”? Тому що акреційний диск був досить тьмяним. Мабуть, якась зірка занадто близько підлетіла до надмасивної чорної діри, і її розірвало на частини. Ця подія приливного руйнування спровокувала сплеск яскравості диска, що і засікли телескопи. Вивчаючи сплеск, вчені помітили періодичність.

Автори дослідження розглянули різні гіпотези виникнення “миготіння”, використовуючи, зокрема, двовимірне комп’ютерне моделювання: особливості акреційного диска, руйнування зірки по частинах, потік уламків від зруйнованої зірки та інші. Так дослідники дійшли висновку, що винен компактний об’єкт, який під великим нахилом обертається навколо надмасивної чорної діри. Результати опубліковані в журналі Science Advances.

Схематична модель того, що відбувалося з галактикою: до спалаху в грудні 2020 року, під час спалаху (подія ASASSN-20qc), після спалаху / © Jose-Luis Olivares, MIT

Це має бути об’єкт масою від 100 до 10 тисяч сонячних мас, тобто чорна діра середньої маси. Хоча таку пару виявили вперше, за оцінкою авторів нової роботи, у межах 800 мільйонів світлових років від нас, серед 2,5 мільйона галактик, за рік може відбуватися до п’яти (від 0,07 до 5,3, якщо точніше) подій приливного руйнування якраз у таких галактиках – із парою з надмасивної та звичайної чорних дір. Це, звісно, мало, але за тривалого спостереження за активними ядрами галактик цілком імовірно вловити “гикання” під час поглинання чергової зірки та за його періодичністю “побачити” компактного, але масивного компаньйона.

Виходить, акреційні диски надмасивних чорних дір не такі вже “гладкі”. У них можуть літати чорні діри і, ймовірно, зірки.