11516 21

Бурное свечение в далекой галактике может изменить наш взгляд на черные дыры

В галактике, известной как 1ES 1927+654, происходит нечто странное: в конце 2017 года по причинам, которые ученые не смогли объяснить, сверхмассивная черная дыра, находящаяся в центре этой галактики, пережила масштабный кризис идентичности. В течение нескольких месяцев этот и без того яркий объект, относящийся к классу черных дыр, известных как активные галактические ядра (AGN), внезапно стал намного ярче - в видимом свете он светился почти в 100 раз сильнее обычного.

Международная группа астрофизиков, включая ученых из Калифорнийского университета в Боулдере, возможно, установила причину этого изменения. Похоже, что линии магнитного поля, проходящие через черную дыру, перевернулись вверх ногами, что вызвало быстрое, но кратковременное изменение свойств объекта. Это было похоже на то, как если бы компасы на Земле вдруг начали указывать на юг вместо севера.

Результаты исследования, опубликованные 5 мая в журнале The Astrophysical Journal, могут изменить взгляд ученых на сверхмассивные черные дыры, сказал соавтор исследования Николя Сцепи.

"Обычно мы ожидаем, что черные дыры будут эволюционировать в течение миллионов лет", - сказал Сцепи. "Но эти объекты, которые мы называем AGN с меняющимся видом, развиваются в очень коротких временных масштабах. Их магнитные поля могут быть ключом к пониманию этой быстрой эволюции".

Сцепи, а также стипендиаты JILA Митчелл Бегельман и Джейсон Декстер впервые предположили, что такое магнитное сальто-мортале возможно в 2021 году.

Новое исследование подтверждает эту идею. В нем группа под руководством Сибасиша Лаха из Центра космических полетов НАСА имени Годдарда собрала наиболее полные данные об этом далеком объекте. Группа использовала наблюдения семи телескопов на земле и в космосе, проследив поток излучения от 1ES 1927+654, когда AGN вспыхивала ярким светом, а затем снова тускнела.

Наблюдения показывают, что магнитные поля сверхмассивных черных дыр могут быть гораздо более динамичными, чем считали ученые раньше. И, как отметил Бегельман, эта AGN, вероятно, не одинока.

"Если мы увидели это в одном случае, то мы обязательно увидим это снова", - сказал Бегельман, профессор кафедры астрофизических и планетарных наук (APS). "Теперь мы знаем, что искать".

Необычная черная дыра

Бегельман объяснил, что AGN порождены одной из самых экстремальных физик в известной Вселенной.

Эти монстры возникают, когда сверхмассивные черные дыры начинают втягивать в себя огромное количество газа из окружающих их галактик. Подобно воде, кружащейся вокруг стока, этот материал вращается все быстрее и быстрее, чем ближе к черной дыре, образуя яркий "аккреционный диск", генерирующий интенсивное и разнообразное излучение, которое ученые могут наблюдать с расстояния в миллиарды световых лет.

Эти аккреционные диски также порождают любопытную особенность: Они генерируют сильные магнитные поля, которые оборачиваются вокруг центральной черной дыры и, подобно собственному магнитному полю Земли, направлены в определенном направлении, например, на север или юг.

"Телескоп "Горизонт событий" и другие наблюдения дают все больше оснований полагать, что магнитные поля могут играть ключевую роль в том, как газ падает на черные дыры, - говорит Декстер, доцент APS.

Это также может повлиять на то, насколько ярким AGN, подобный тому, что находится в центре 1ES 1927+654, выглядит в телескопах".

К маю 2018 года всплеск энергии этого объекта достиг пика, выбросив больше видимого света, но и во много раз больше ультрафиолетового излучения, чем обычно. Примерно в то же время выбросы рентгеновского излучения AGN начали тускнеть.

"Обычно, если ультрафиолет растет, то и рентгеновское излучение тоже растет", - сказал Сцепи. "Но здесь ультрафиолет вырос, а рентгеновское излучение сильно уменьшилось. Это очень необычно".

Поворот на голову

Исследователи из JILA предложили возможный ответ на это необычное поведение в статье, опубликованной в прошлом году.

Бегельман объяснил, что эти объекты постоянно втягивают газ из внешнего пространства, и часть этого газа также несет магнитные поля. Если AGN притягивает магнитные поля, направленные в сторону, противоположную его собственному, - например, на юг, а не на север, - то его собственное поле ослабевает. Это похоже на то, как команда по перетягиванию каната в одном направлении может свести на нет усилия соперников, тянущих в другую сторону.

По теории команды JILA, магнитное поле черной дыры стало настолько слабым, что перевернуло ее вверх ногами.

"По сути, вы полностью уничтожаете магнитное поле", - сказал Бегельман.

В новом исследовании ученые под руководством НАСА поставили перед собой задачу собрать как можно больше наблюдений за 1ES 1927+654.

Разрыв между ультрафиолетовым и рентгеновским излучением оказался "дымящимся пистолетом". Астрофизики подозревают, что ослабление магнитного поля могло бы вызвать именно такое изменение в физике AGN - смещение аккреционного диска черной дыры, чтобы она выбрасывала больше ультрафиолетового и видимого света и, как ни парадоксально, меньше рентгеновского излучения. Никакая другая теория не могла объяснить то, что наблюдали исследователи.

Сама AGN затихла и вернулась в нормальное состояние к лету 2021 года. Но Сцепи и Бегельман рассматривают это событие как естественный эксперимент - способ приблизиться к черной дыре, чтобы узнать больше о том, как эти объекты подпитывают яркие пучки излучения. Эта информация, в свою очередь, может помочь ученым узнать, какие именно сигналы им следует искать, чтобы обнаружить больше странных AGN в ночном небе.

"Возможно, есть какие-то похожие события, которые уже наблюдались - просто мы о них еще не знаем", - сказал Сцепи.

(Добавил: RoboAstroNews)

Поддержи AstroNews           Читайте AstroNews в Яндекс.Дзен