Комковатый «пончик» из газа и пыли вокруг сверхмассивной чёрной дыры
Галактика NGC 1068 (Mессье 77)
Самые массивные чёрные дыры во Вселенной часто окружены плотными дисками газа и пыли в форме тора. Этот материал постоянно подпитывает чёрную дыру, которая растёт внутри. До недавнего времени телескопы не могли заглянуть сквозь эту заслону. Сейчас это впервые удалось сделать благодаря телескопу жёсткого рентгеновского диапазона NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) и рентгеновскому телескопу XMM-Newton от Европейского космического агентства.
«Сначала мы думали, что некоторые чёрные дыры скрыты за стеной или экраном из материала, через который невозможно ничего увидеть», — признаётся Андреа Маринуччи (Andrea Marinucci) из итальянского университета Рома Тре, ведущий автор научной работы с описанием результатов съёмки галактики NGC 1068 (Mессье 77) и сверхмассивной чёрной дыры в её центре. Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
В рентгеновском диапазоне космические телескопы смогли проникнуть через один из самых плотных среди всех известных торов возле сверхмассивной чёрной дыры, которая находится в центре хорошо изученной галактики Mессье 77 в 47 млн световых годах от нас в созвездии Кита.
Наблюдения выявили массивный космический пончик.
«Вращающийся материал — это не простой округлый тор, как раньше думали, он имеет комковатую структуру», — говорит Маринуччи.
Торовидные диски из газа и пыли вокруг сверхмассивных чёрных дыр были впервые предложены в середине 1980-х как объяснение тому, почему некоторые чёрные дыры скрыты за пылью и газом, а другие — нет. Идея в том, что ориентация тора относительно Земли открывает для обзора некоторые чёрные дыры и их сильную радиацию, закрывая другие. Эту теорию называют единой моделью, потому что она объединяет воедино все виды чёрных дыр, которые отличаются лишь ориентацией.
За последнее десятилетие астрофизики нашли ряд намёков на то, что пылевые торы вокруг чёрных дыр не такие гладкие и ровные, как принято думать. Они больше похожи на дефективные бугорчатые пончики, которые бы выкинули из булочной. Новое исследование позволило впервые наблюдать комковатость тора в ультраплотном торовидном облаке пыли и газа. Оно подтверждает теорию, что этот феномен может быть распространённым. Исследование важно для понимания роста и эволюции массивных чёрных дыр и их родных галактик.
«Мы не полностью понимаем, почему некоторые сверхмассивные чёрные дыры так сильно загорожены и почему окружающий материал комковатый, — говорит соавтор научной работы Пошак Ганди (Poshak Gandhi) из Саутгемптонского университета (Великобритания). — Это предмет интенсивных исследований».
NuSTAR и XMM-Newton одновременно наблюдали сверхмассивную чёрную дыру в галактике Mессье 77 в двух случаях в 2014–2015 гг. Первый раз в августе 2014 года NuSTAR зафиксировал скачок яркости. NuSTAR работает в более высоком энергетическом диапазоне, чем XMM-Newton. Именно в этом диапазоне рентгеновское излучение может проникать сквозь облака вокруг чёрной дыры. Учёные говорят, что скачок рентгеновского излучения объясняется частичной очисткой облака с уменьшением его толщины.
Галактика Mессье 77
«Это как в облачный день, когда облака частично уходят в сторону и проходит больше солнечного света», — поясняет Маринуччи. По его словам, теперь исследователи сконцентрируются на попытке объяснить, чем вызвана неоднородность материала в облаке. Возможно, чёрная дыра создаёт турбулентность или неоднородность вызвана привлечением извне нового материала в облако.
Таким образом, астрофизики впервые зарегистрировали проблеск в облаке из пыли и газа, окружающем чёрную дыру. Безусловно, это является аргументом в пользу единой модели чёрных дыр. Да и вообще, просто приятно, что во Вселенной так много пончиков, пусть и комковатых.
