Четыре года назад сверхмассивная чёрная дыра, скрытая в сердце галактики SDSS1335+0728, проснулась и объявила о своём присутствии взрывом излучения. Это первый случай, когда астрономы наблюдали внезапную активацию сверхмассивной чёрной дыры в режиме реального времени.
«Представьте, что вы годами наблюдаете за далёкой галактикой, и она всегда казалась спокойной и неактивной», — говорит Паула Санчес Саес, астроном из ESO в Германии и ведущий автор исследования этого объекта. «Внезапно ей [ядро] начинает демонстрировать резкие изменения яркости, не похожие на типичные события, которые мы наблюдали раньше».
Именно это произошло с объектом SDSS1335+0728, который теперь официально классифицируется как активное галактическое ядро (АГЯ). Оно пережило так называемый «ядерный переход». По сути, это означает, что в галактике появилась очень яркая компактная область. Однако она не всегда была такой яркой, и астрономы хотят понять, что заставило её проснуться.
Поиск транзиентов в нужных местах
Необычные изменения яркости были обнаружены Центром поиска транзиентов имени Цвикки в Калифорнии, который в режиме реального времени постоянно оповещает о таких явлениях, как переходные вспышки и усиление яркости в сердцах галактик, подобных SDSS1335+0728. Кроме того, вариации наблюдали и несколько других объектов, а изменения яркости были обнаружены в архивных данных нескольких других обсерваторий.
Внезапное усиление яркости может быть вызвано многими причинами, в том числе каннибализацией звёзд и облаков газа, которые находятся слишком близко к сверхмассивным чёрным дырам. Как часто они становятся ярче и как спокойное ядро галактики превращается в активное — вот темы, которые астрономы пытаются понять с помощью подобных обзоров и наблюдений. Они изучают не только далёкие галактики, но и активность в окрестностях сверхмассивной чёрной дыры нашей собственной галактики.
Галактика и её сверхмассивная чёрная дыра
В центре большинства галактик находятся потрясающе массивные чёрные дыры. Обычно они обладают массой, по меньшей мере в сто тысяч раз превышающей массу Солнца (а иногда и больше). Всё это находится в ловушке гравитации, и ничто не может вырваться наружу, даже свет. «Эти гигантские монстры обычно спят и не видны напрямую», — говорит соавтор исследования Клаудио Риччи из чилийского Университета Диего Порталеса. «В случае с SDSS1335+0728 мы смогли наблюдать пробуждение массивной чёрной дыры, [которая] внезапно начала питаться газом, имеющимся в её окрестностях, и стала очень яркой».
Сама по себе чёрная дыра не излучает никакого света. Вместо этого она всасывает в себя всё, включая свет. Однако область вокруг чёрной дыры, называемая аккреционным диском, — довольно активное место. В нём материал, захваченный сильным гравитационным притяжением чёрной дыры, крутится, как вода в водостоке. Всё это — в основном газ, немного пыли — пронизано магнитными полями. Трение между скоплениями материала нагревает его. А при нагревании возникает излучение. Если его достаточно много, мы видим излучаемый диском свет. Интенсивные активные области излучают рентгеновские лучи, которые указывают на уровень активности.
Деструктивная активность гравитации
Существует также так называемое приливное разрушение, которое происходит, когда что-то вроде звезды или облака газа попадает в ловушку гравитационного поля. Для этого требуется время — порядка нескольких лет. Когда это происходит, гравитационное притяжение чёрной дыры в конце концов разрывает звезду или облако на части. При этом также возникает излучение. На самом деле, в центре SDSS1335+0728 может происходить очень медленное событие приливного разрушения. Если это так, то оно может быть одним из самых длинных и тусклых из когда-либо наблюдавшихся.
Независимо от того, что вызывает яркое свечение, конечная судьба части материала — оказаться внутри чёрной дыры. Остальная часть перегревается в аккреционном диске и сигнализирует о своей судьбе повышенным излучением.
Рост чёрной дыры и сигнал будильника
Сверхмассивные чёрные дыры в сердцах галактик растут от меньших к большим в результате слияний. Мы не видим эти процессы роста в реальном времени, поскольку они происходят в течение миллионов лет. Сценарий слияния гласит, что когда галактики собираются вместе, их центральные чёрные дыры (если они у них есть) тоже сливаются.
В итоге получаются такие гаргантюанские монстры. Они просто сидят там и «обгладывают» пролетающие мимо облака газа, чтобы набрать дополнительную массу. Так они набирают массу за счёт поглощений, которые происходят на более коротких временных отрезках. По-видимому, именно этим сейчас и занимается объект в SDSS1335+0728. Просто нечасто астрономам удаётся увидеть, как одна из них просыпается и начинает «кушать» за короткий промежуток времени.
Поэтому остаётся много вопросов о ней, в основном об истории её формирования. Поскольку слияния занимают много времени, трудно сказать, что происходило с ней в прошлом. Если это событие приливного разрушения, астрономы хотят знать, как часто такое случается.
На данный момент для SDSS1335+0728 нет никаких непосредственных доказательств того, что предыдущие вспышки сигнализировали о пробуждении сверхмассивной чёрной дыры. По словам Санчеса Саес, астрономам необходимо провести множество последующих наблюдений, чтобы понять, что происходит на самом деле, и, возможно, найти доказательства других извержений и активности, связанных с чёрной дырой. «Независимо от природы колебаний, [эта галактика] предоставляет ценную информацию о том, как растут и эволюционируют чёрные дыры», — сказала она, отметив, что современные инструменты на «Очень большом телескопе» ESO должны дать астрономам лучшее представление о процессах, происходящих в этой чёрной дыре. Кроме того, дальнейшие исследования всего неба с временной развёрткой на готовящемся к запуску телескопе Веры Рубин позволят проследить за ядерными усилениями этой галактики.
