Астрофизики научились предсказывать выбросы джетов чёрных дыр
- В четырёх двойных системах изменения рентгеновского излучения наблюдались за 1–10 дней до усиления радиоизлучения, связанного с выбросом джетов.
- Перед активностью уменьшались внутренний радиус аккреционного диска и относительная переменность рентгеновского излучения; резких скачков скорости аккреции не обнаружили.
- Учёные предлагают систему раннего предупреждения, которая будет следить за этими показателями и сообщать обсерваториям о возможном выбросе.
Почему это важно: Предупреждения позволят заранее запрашивать внеплановое время телескопов для наблюдения редких выбросов и изучения формирования джетов.
Астрофизики из университетов Тоямы и Нагои обнаружили признаки, позволяющие прогнозировать выбросы джетов (потоков вещества, движущихся со скоростью, близкой к скорости света) от чёрных дыр звёздной массы. В исследованных системах характерные изменения рентгеновского излучения появлялись за 1–10 дней до усиления радиоизлучения, связанного с выбросом джетов.
Учёные изучили 4 двойные системы, в которых чёрная дыра стягивает газ со звезды-компаньона. Попадая к чёрной дыре, вещество формирует аккреционный диск — быстро вращающуюся структуру из раскалённого газа. Часть материала может выбрасываться вдоль оси вращения чёрной дыры в виде двух узких потоков — джетов. Они переносят огромное количество энергии, нагревают окружающий газ и способны влиять на процессы звездообразования в галактиках. Несмотря на многочисленные наблюдения таких потоков, астрофизиков интересует более пристальное изучение физики их запуска.
В предыдущей работе 2025 года Тосихиро Кавагути и Кадзутака Ямаока обнаружили связь между запуском джетов и сокращением внутреннего радиуса аккреционного диска. Теперь они проверили эту закономерность ещё на 3 объектах: XTE J1550−564, GX 339−4 и MAXI J1820+070. Вместе с ранее изученной системой XTE J1859+226 выборка составила 4 двойные системы. Для анализа использовались рентгеновские наблюдения и данные о радиоизлучении, позволившие сопоставить изменения дисков с моментами появления джетов.
Главным предвестником оказался радиус внутренней границы диска. По мере приближения вещества к чёрной дыре эта граница быстро смещается внутрь, пока не достигает ISCO — последней устойчивой круговой орбиты вокруг чёрной дыры. Ближе этой границы вещество уже не может сохранять устойчивую круговую орбиту и продолжает падение внутрь. Одновременно исследователи зафиксировали снижение относительной амплитуды переменности рентгеновского излучения, показывающей, насколько сильно меняется его яркость. В каждой из систем оба показателя снижались перед активностью, связанной с выбросами джетов.
Важным результатом стало отсутствие резких скачков скорости аккреции — темпа поступления вещества на чёрную дыру — перед запуском потоков. В одной из систем, XTE J1859+226, она вообще постепенно снижалась на протяжении наблюдений со временем затухания примерно 30 дней. Авторы заметили возможное увеличение скорости аккреции почти на 20% непосредственно перед отдельными выбросами, но имеющихся данных недостаточно, чтобы считать эту закономерность достоверной. Кроме того, в системах XTE J1859+226 и MAXI J1820+070 джеты возникали при аккреции ниже эддингтоновского предела — теоретической границы, при которой давление излучения уравновешивает гравитационное притяжение вещества. Это делает маловероятными модели, требующие обязательного превышения данного предела для запуска джетов.
На основании результатов учёные предлагают создать систему раннего предупреждения: она будет непрерывно отслеживать внутренний радиус аккреционного диска и переменность рентгеновского излучения. Когда оба показателя начнут устойчиво снижаться, а радиус внутренней границы диска приблизится к ISCO, система будет отправлять предупреждения обсерваториям. Это позволит заранее запрашивать дополнительные наблюдения в рамках программы Target of Opportunity — внепланового выделения времени телескопа для изучения кратковременного астрономического события.
Пока закономерность проверена только на 4 системах, поэтому для полноценного прогнозирования потребуются новые наблюдения. В частности, учёным предстоит установить, насколько быстро должен сокращаться радиус диска для запуска джета и почему предвестники появляются именно за несколько дней до события. Если метод подтвердится на более широкой выборке чёрных дыр, то астрономы смогут планировать наблюдения редких выбросов заранее и получать более подробные данные о механизмах формирования релятивистских потоков.
© iXBT
