Астрономы разобрались в природе «сердцебиения» черных дыр
Китайские астрофизики добились успеха в изучении коротких жизненных циклов черных дыр, поэтически называемых «сердцебиением». Пронаблюдав за одной из дыр, расположенной почти в 30 000 световых лет от Земли, ученые впервые подробно описали процесс, который стоит за этими ритмическими вспышками активности.
Один цикл питания черной дыры может растянуться на тысячи и миллионы лет, в течение которых она будет медленно поглощать приблизившуюся к ней материю. Обычно один «прием пищи» заканчивается мощной вспышкой рентгеновского излучения, вызванной сжатием и нагревом газа в аккреционном диске. Но наряду с этими грандиозными событиями с определенного момента у черных дыр начал прощупываться гораздо менее интенсивный, зато регулярный «пульс», природа которого долгое время оставалась непонятной.
Если изобразить эти импульсы на графике, то можно увидеть, как активность черной дыры медленно нарастает, затем демонстрирует резкий спад, а потом медленно возвращается в норму — до следующего «толчка». Вот почему ученые, впервые зарегистрировав их, сразу подумали об ЭКГ. Достоинством этого «сердцебиения» для науки является его ритмичность и частота, а минусом — крайне низкая интенсивность, из-за которой уловить его можно лишь наиболее чувствительными из приборов.
Коллектив ученых из Ключевой лаборатории астрофизики элементарных частиц Китайской академии наук решил разобраться с этим загадочным эффектом, изучив последнюю из черных дыр, у которой он ярко проявился - IGR J17091-3624, расположенная в Млечном Пути примерно в 28 000 световых годах от Солнца. Сигнал, напоминающий сердцебиение, был получен от нее в 2022 году.
Эта черная дыра находится в двойной системе, то есть имеет компаньона, материей которого время от времени питается. И детально проанализировав наблюдения за ней (полученные, в том числе, телескопом NICER), китайские астрофизики пришли к выводу, что фундамент загадочного «пульса» — в нестабильности материала, окружающего черную дыру. А именно — в конфликте внешних слоев аккреционного диска (активно излучающих в рентгеновском диапазоне) и приливных сил самой черной дыры.
Под их влиянием диск на какое-то время способен фрагментироваться. Эта потеря целостности приводит к тому, что часть газа падает на черную дыру, а оставшаяся производит ту самую первичную вспышку. Двигаясь в направлении сингулярности, газ раскаляется, что на время замедляет его падение. А оттянутое, но неизбежное его поглощение завершает цикл. Такая модель объясняет, почему «сердцебиение» у черных дыр встречается редко (подтверждено всего в двух случаях), и заодно становится источником ценнейших наблюдений за взаимодействием сверхплотных объектов с их спутниками.
