Рентгеновские вспышки от черной дыры загадочным образом ускоряются

Черная дыра 1ES 1927+654 равна по массе миллиону солнц, и находится в галактике, которая расположена в 270 миллионах световых лет от нас. В 2018 году астрономы наблюдали, как корона черной дыры — облако кружащейся, раскаленной добела плазмы — внезапно исчезла, прежде чем снова появиться несколько месяцев спустя. Кратковременное, хотя и драматичное исчезновение было первым в астрономии черных дыр.

Члены команды Массачусетского технологического института теперь изучили эту черную дыру, демонстрирующую еще более беспрецедентное поведение.

Астрономы обнаружили вспышки рентгеновского излучения, исходящие от черной дыры с постоянно увеличивающейся частотой. За два года вспышки на частотах миллигерц увеличились с 18 до 7 минут. Такого резкого ускорения рентгеновского излучения от черной дыры до сих пор не наблюдалось.

Исследователи рассмотрели ряд сценариев того, что могло бы объяснить вспышки. Они полагают, что наиболее вероятным виновником является белый карлик — чрезвычайно компактное ядро ​​мертвой звезды, которое вращается вокруг черной дыры и опасно приближается к ее горизонту событий, границе, за которой ничто не может избежать гравитационного притяжения черной дыры. Если это так, белый карлик должен проделывать впечатляющий балансирующий акт, поскольку он может приближаться прямо к краю черной дыры, фактически не падая в нее.

Это говорит нам о том, что такие объекты, как белые карлики, могут существовать очень близко к горизонту событий в течение относительно длительного периода времени.

Рентгеновский удар

Какой бы объект ни создавал рентгеновские вспышки, он делает это на чрезвычайно близком расстоянии от черной дыры, и по оценкам исследователей, находится в нескольких миллионах километров от горизонта событий.

Астрономы исследовали модели различных астрофизических явлений, которые могли бы объяснить наблюдаемые ими рентгеновские закономерности, включая возможность, связанную с короной черной дыры.

«Одна из идей заключается в том, что эта корона колеблется, возможно, колеблется взад и вперед, и если она начинает сжиматься, эти колебания становятся быстрее по мере уменьшения масштабов», — говорит Меган Мастерсон, один из авторов работы. «Но мы находимся на очень ранних стадиях понимания корональных колебаний».

Другой многообещающий сценарий, который ученые лучше понимают с точки зрения задействованной физики, связан с белым карликом. Согласно их моделированию, масса белого карлика должна быть примерно равной одной десятой массы Солнца. Напротив, сама сверхмассивная черная дыра имеет массу порядка 1 миллиона солнечных масс.

Когда любой объект приближается так близко к сверхмассивной черной дыре, ожидается, что будут испускаться гравитационные волны, которые будут тянуть объект ближе к черной дыре. По мере приближения к черной дыре белый карлик движется с большей скоростью, что может объяснить увеличение частоты рентгеновских колебаний, которые наблюдали астрономы.

Белый карлик практически находится в точке невозврата и, по оценкам, расположен всего в нескольких миллионах километрах от горизонта событий. Однако исследователи предсказывают, что он не упадет в бездну. Хотя гравитация черной дыры может втягивать белый карлик внутрь, он также сбрасывает часть своего внешнего слоя в черную дыру. Это сбрасывание действует как небольшой откат, так что белый карлик — сам по себе невероятно компактный объект — может сопротивляться пересечению границы черной дыры.

«Поскольку белые карлики маленькие и компактные, их очень трудно разорвать на части, поэтому они могут находиться очень близко к черной дыре», — говорит Эрин Кара, доцент кафедры физики Массачусетского технологического института. «Если этот сценарий верен, то белый карлик находится прямо в точке разворота, и мы сможем увидеть, как он удаляется».

Исследователи планирует продолжить наблюдение за системой с помощью существующих и будущих телескопов, чтобы лучше понять экстремальную физику, работающую в самых близких к черной дыре средах.

В изучении системы особенно может помочь космический детектор гравитационных волн LISA — в настоящее время его запуск запланирован на середину 2030-х годов — поскольку гравитационные волны, которые должна испускать система, будут находиться в зоне наилучшего восприятия, которую LISA сможет четко обнаружить.