Астрономія
Астрономія

Акрецію надмасивних чорних дір визнали схожою на спалахи чорних дір зоряної маси

Астрономи протягом двох років досліджували подію припливного руйнування AT2018fyk у рентгенівському, ультрафіолетовому, оптичному та радіодіапазоні за допомогою п’яти телескопів. Вони виділили три різні стани акреції та дві перехідних фази між ними. Дослідники описали властивості події у статті в журналі The Astrophysical Journal та дійшли висновку, що поведінка надмасивних чорних дір при роздиранні матеріалу схожа на поведінку чорних дір зоряної маси при спалахах.

Художнє зображення події припливного руйнування. NASA, ESA, D. Player (STScI)

Художнє зображення події припливного руйнування. NASA, ESA, D. Player (STScI)

Якими є спалахи чорних дір зоряної маси?

Маса найменших чорних дір становить від 5 до 15 сонячних. Коли у такі об’єкти потрапляє матеріал, вони створюють спалахи випромінювання. Аналізуючи їх, дослідники можуть отримати важливу інформацію про фізику акреції, тобто падіння речовини на компактний об’єкт, що є найефективнішим способом перетворення маси на енергію. Астрономи виділяють три стани акреції під час таких спалахів: спокійний, м’який та жорсткий. Ці стани залежать від двох основних фізичних компонентів: акреційного диску і корони (гарячої плазми навколо чорної діри). У спокійному стані та на початку спалаху чорні діри, як правило, виробляють відносно жорстке випромінювання, тобто таке, у якому домінують фотони з високою енергією. Потім, коли спалах наближається до своєї пікової яскравості, випромінювання стає м’яким. У ньому переважають фотони з акреційного диску із нижчою енергією. Нарешті, коли інтенсивність спалаху зменшується, випромінювання знову стає жорсткішим, у ньому домінують рентгенівські фотони з корони чорної діри. Після цього система повертається до стану спокою. Дослідників цікавить, чи проходять такий самий цикл акреції надмасивні чорні діри, маса яких перевищує кілька сотень тисяч сонячних.

Що досліджували астрономи?

Під час подій припливного руйнування зірки, що наближаються занадто близько до надмасивних чорних дір у центрах віддалених галактик, розриваються припливними силами цих чорних дір. Одну з таких подій під назвою AT2018fyk зафіксували 8 вересня 2018 року, вона сталася у центрі галактики на відстані 264 мегапарсек (861 мільйонів світлових років). Дослідники аналізували її у радіо-, оптичному, ультрафіолетовому та рентгенівському діапазоні протягом двох років після початкового відкриття. Для цього вони використали космічні телескопи XMM-Newton, «Чандра» та Swift, встановлений на Міжнародній космічній станції інструмент NICER та наземний австралійський радіотелескоп ATCA.

Якою була ця подія?

Маса чорної діри становить від 10 до 50 мільйонів сонячних мас, а маса зірки, яку вона розірвала, приблизно дорівнювала сонячній. Дослідники виявили, що подія припливного руйнування так само, як і під час спалахів чорних дір зоряної маси, відбувалася у три етапи. Спершу навколо чорної діри утворився акреційний диск, а через 100-200 днів після того, як випромінювання в оптичному та ультрафіолетовому діапазонах досягло піку, випромінювання корони посилилося. Ці зміни відповідали переходу від м’якого до жорсткого стану акреції. Пізніше світність у рентгенівському діапазоні зменшилася у 5 тисяч разів, а в ультрафіолетовому збільшилася у 15 разів, що означало перехід до спокійного стану.

Таким чином, і надмасивні чорні діри, і чорні діри зоряної маси переживають однакові етапи акреції та мають однакові механізми, що сприяють переходам між цими станами. Дослідники сподіваються, що спостереження за такими подіями у майбутньому дозволять провести глибоке порівняння між цими явищами для різних типів чорних дір.


Нещодавно астрономи зафіксували найближче руйнування зірки під впливом чорної діри та пов’язали корони надмасивних чорних дір з утворенням джетів у квазарів. Наш матеріал «Що таке чорна діра?» дозволить дізнатися, якими бувають ці об’єкти.