Астрономы обнаружили признаки универсального механизма, который может определять момент запуска мощных джетов у черных дыр независимо от их массы. Ключевой оказывается скорость поглощения вещества: у сверхмассивных черных дыр активность в виде джетов может резко возобновляться, когда темп аккреции падает примерно до 2% от эддингтоновского предела. Такой же порог ранее наблюдали у гораздо меньших черных дыр звездной массы.

Разорванная звезда позволяет увидеть работу черной дыры в ускоренном режиме

Исследователи из Института перспективных исследований и Международного центра радиоастрономических исследований Curtin University изучили приливные разрушения звезд — события, при которых звезда подходит слишком близко к сверхмассивной черной дыре и разрывается ее гравитацией.

Это дает астрономам редкую возможность наблюдать за изменениями вокруг черной дыры практически в реальном времени. Обычно процессы у сверхмассивных черных дыр происходят настолько медленно, что заметные изменения могут занимать тысячи или даже миллионы лет. После разрушения звезды черная дыра получает большое количество вещества, и последующая перестройка аккреционного потока укладывается всего в несколько лет.

При этом вещество не обязательно целиком падает внутрь. Часть его может быть выброшена в космос мощными потоками, которые способны распространяться на огромные расстояния и влиять на окружающую галактику.

«Когда черная дыра разрывает звезду, она не поглощает все вещество аккуратно», — отметила соавтор исследования Адель Гудвин.

Джеты появляются в двух разных фазах

Для исследования ученые собрали наблюдения 20 приливных разрушений звезд в оптическом, ультрафиолетовом, рентгеновском и радиодиапазонах. Для десяти событий данных оказалось достаточно, чтобы надежно сопоставить скорость аккреции с появлением радиоизлучения от джетов.

Анализ показал две фазы, в которых черная дыра способна запускать джеты.

Первая приходится на ранний период после разрушения звезды, когда вещество поступает к черной дыре с очень высокой скоростью. Однако у некоторых объектов джеты возникают не сразу. Они могут появиться лишь спустя сотни или даже тысячи дней.

Именно вторая фаза оказалась особенно интересной. К этому моменту темп аккреции снижается примерно до 2% от эддингтоновского предела. Это условная величина, характеризующая максимально устойчивую скорость поглощения вещества: при превышении определенного уровня давление излучения становится сопоставимым с гравитационным притяжением, удерживающим вещество у черной дыры.

Похожий порог уже известен для черных дыр звездной массы в Млечном Пути. Теперь наблюдения сверхмассивных объектов показывают, что тот же переход может происходить и у черных дыр, масса которых достигает миллионов солнечных масс.

Универсальное правило для черных дыр разных масштабов

Масштабы этих объектов различаются на многие порядки, однако их поведение при определенной скорости аккреции, судя по результатам исследования, остается похожим.

Именно это позволяет ученым говорить о возможном универсальном правиле образования джетов: важен не абсолютный размер черной дыры, а то, на какой стадии цикла поглощения вещества она находится.

Такой вывод может помочь объяснить, почему одна сверхмассивная черная дыра начинает испускать мощный радиоджет практически сразу после разрушения звезды, а другая остается относительно спокойной, а затем неожиданно активируется спустя месяцы или годы.

Астрономы смогут заранее искать вспышки активности

У обнаруженного закономерного порога есть и практическое значение. Если удастся достаточно точно предсказывать момент, когда скорость аккреции приблизится к критическому уровню, астрономы смогут заранее направлять телескопы на такие объекты.

Это особенно важно для радиоастрономии: джеты могут быть сравнительно кратковременными, а время крупных обсерваторий ограничено. Возможность заранее определить наиболее перспективный период позволит эффективнее распределять наблюдательное время.

Авторы исследования рассчитывают, что их подход окажется полезным и для будущих масштабных радиообсерваторий, в частности для проекта Square Kilometre Array, который планирует начать сбор научных данных в 2028 году.

Если обнаруженная зависимость подтвердится на большем числе объектов, она станет еще одним свидетельством того, что физические процессы вокруг черных дыр подчиняются общим законам независимо от их массы — от объектов всего в несколько десятков солнечных масс до сверхмассивных гигантов в центрах галактик.