Сверхмассивная чёрная дыра вспыхнула в рентгеновском диапазоне, а через 300 дней за ней последовали радиоджеты
Астрономы обнаружили необычную связь между вспышкой сверхмассивной чёрной дыры и последовавшим за ней усилением радиоизлучения её джетов. Сначала в феврале 2023 года чёрная дыра в центре галактики NGC 1275 резко увеличила яркость в рентгеновском диапазоне, а примерно через 300 дней астрономы зарегистрировали вспышку радиоизлучения.
Учёные пришли к такому выводу, сопоставив почти два десятилетия наблюдений рентгеновского телескопа NASA Swift с данными радионаблюдений. Результаты помогают лучше понять связь между аккреционным диском сверхмассивной чёрной дыры и релятивистскими струями вещества — джетами, которые выбрасываются из окрестностей чёрной дыры.
Необычная галактика в центре скопления Персея
NGC 1275 находится в центре скопления галактик Персея и является его самой яркой галактикой. Это сложная и динамичная система, в которой наблюдаются признаки продолжающегося взаимодействия галактик, а также длинные нити газа и огромные пузыри, сформированные активностью центральной сверхмассивной чёрной дыры.
NGC 1275 представляет особый интерес для астрономов, поскольку позволяет изучать, как поглощение вещества чёрной дырой связано с формированием и активностью джетов. Эту взаимосвязь называют связью между аккреционным диском и джетами.
Она важна не только для понимания поведения самих чёрных дыр. Джеты могут влиять на окружающий газ и тем самым ограничивать образование новых звёзд и рост галактики.
Наблюдать такие процессы непросто. Рентгеновская обсерватория Chandra обладает высокой чувствительностью, но не проводит наблюдения NGC 1275 достаточно часто, чтобы отслеживать быстрые изменения её яркости. Кроме того, масса центральной чёрной дыры остаётся предметом дискуссий: существующие оценки различаются почти на два порядка.
Поэтому исследователи обратились к телескопу Swift. Хотя его возможности в рентгеновском диапазоне уступают Chandra, он способен регулярно наблюдать один и тот же объект. Учёные использовали почти 20 лет таких наблюдений, чтобы проследить долгосрочные изменения рентгеновского излучения NGC 1275.
Зафиксирована самая сильная рентгеновская вспышка
Анализ показал, что в феврале 2023 года в NGC 1275 произошла самая мощная из зарегистрированных рентгеновских вспышек. Яркость источника примерно удвоилась.
Вся вспышка продолжалась менее 60 дней и, судя по данным, состояла как минимум из двух отдельных эпизодов усиления излучения. Каждый из них длился около пяти дней.
Исследователи рассмотрели несколько возможных объяснений этого события. Одним из них могло быть событие приливного разрушения звезды. В таком случае звезда, случайно приблизившаяся к чёрной дыре слишком близко, разрывается её приливными силами, а вещество звезды начинает падать на чёрную дыру.
Однако характеристики наблюдаемой вспышки не соответствовали ожидаемому сценарию приливного разрушения. В частности, рентгеновское излучение ослабевало медленнее, чем должно было бы при таком событии.
Поэтому исследователи считают более вероятным объяснением изменения скорости аккреции — то есть количества вещества, поступающего к чёрной дыре. Другой вариант заключается в том, что вспышка могла возникнуть непосредственно в джете, например в результате ударных волн или других процессов на некотором расстоянии от чёрной дыры.
В пользу связи с аккрецией говорят несколько особенностей излучения, включая его спектральные характеристики, быструю изменчивость и наличие определённой линии железа в рентгеновском спектре.
При этом учёные подчёркивают, что пока нельзя с полной уверенностью утверждать, что всё наблюдаемое рентгеновское излучение возникло непосредственно в короне — горячей плазме, окружающей чёрную дыру. Часть вспышек могла возникнуть дальше по направлению джета.
Радиовспышка появилась почти через 300 дней
Самым интересным результатом стало сопоставление рентгеновских и радионаблюдений. После рентгеновской вспышки исследователи обнаружили усиление радиоизлучения того же объекта. Между двумя событиями прошло примерно 296 дней.
По мнению учёных, такая задержка может быть связана со временем распространения возмущения от области рентгеновского излучения рядом с чёрной дырой до той части джета, где формируется радиоизлучение.
Иными словами, если рентгеновская вспышка была вызвана изменением аккреции или выбросом вещества в джет, связанное с ней возмущение могло распространяться наружу, пока спустя почти год не достигло области, из которой преимущественно исходит радиоизлучение.
Однако исследователи подчёркивают, что это лишь одна из возможных интерпретаций. Наблюдаемая задержка может также отражать распространение возмущения между двумя участками самого джета.
Тем не менее результат представляет собой редкую возможность проследить связь между процессами, происходящими непосредственно возле сверхмассивной чёрной дыры, и последующей активностью её джета.
Регулярные одновременные наблюдения активных галактик в рентгеновском и радиодиапазонах в будущем могут позволить астрономам лучше понять, каким образом изменения в аккреционном диске запускают и изменяют мощные струи вещества, выбрасываемые из окрестностей чёрных дыр.
Исследование на сервере препринтов arXiv.