Астрофизики из МГУ изучили удивительные изменения вблизи сверхмассивной черной дыры

Ученые изучили изменения излучения вещества вблизи сверхмассивной черной дыры в центре галактики NGC 2617

Модель черной дыры в передней части Большого Магелланова Облака. Источник: Wikimedia Commons

Сотрудники ГАИШ МГУ имени М.В.Ломоносова исследовали изменения излучения вещества вблизи сверхмассивной черной дыры в центре галактики, известной астрономам как NGC 2617. Данные изменения были обнаружены несколько лет назад: объект стал намного ярче, и газовые облака вблизи сверхмассивной черной дыры, которые не были видны ранее, стали наблюдаться. Такое резкое изменение может дать ценную информацию для понимания того, каково окружение гигантской черной дыры, как и что происходит вблизи нее.

Результаты исследований были опубликованы в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

В ядрах большинства галактик, включая Млечный Путь, находятся гигантские черные дыры. Они имеют массу от миллиона до миллиарда раз больше массы Солнца. Ядро нашей Галактики не является активным, но в некоторых галактиках черная дыра, «питаясь» газом, который падает в нее по спирали, испускает огромное количество излучения. Ядра подобных галактик называются активными галактическими ядрами (АГЯ). Выход энергии из окружения черных дыр в АГЯ может превышать светимость сотен миллиардов звезд в остальной части галактики. Как в этих галактиках образуются сверхмассивные черные дыры, является загадкой. Ядра галактик, где сверхмассивные черные дыры энергично захватывают газ, подразделяются на два типа: те, где непосредственно наблюдаем вещество, падающее по спирали в черную дыру (со скоростью, в тысячи раз первышающей скорость звука), и те, где внутренние области закрыты пылью. В ядрах галактик второго типа виден только более медленно движущийся газ, который находится намного дальше от черной дыры, чем в ядрах галактик первого типа.

На протяжении десятилетий астрономы задавались вопросом, почему мы видим внутренние области в некоторых активных ядрах галактик, но не видим в других. Наиболее распространённым объяснением двух типов активных ядер галактик является то, что на самом деле они одинаковые объекты, отличающиеся для нас только потому, что мы рассматриваем их с разных точек зрения. Если мы видим их плашмя, то можем наблюдать горячий газ, падающий по спирали в черную дыру, непосредственно. Если активное ядро галактики наклонено к лучу зрения, то пыль вокруг закрывает от нашего взгляда центральную область, и мы видим только более медленно движущиеся газовые облака на расстоянии светового года или более от черной дыры.

Инициатор проекта, по которому проводила исследования международная группа ученых, Виктор Окнянский, старший научный сотрудник ГАИШ МГУ имени М.В.Ломоносова, говорит: «Случаи перехода объекта из одного типа в другой являются определенной проблемой для этой популярной модели. Когда в 1984 году мы нашли изменения типа у активного ядра галактики, известной как NGC 4151, то таких случаев было известно всего несколько. Теперь мы знаем десятки активных ядер галактик, которые изменяли свой тип. В нашем недавнем исследовании мы сосредоточились на одном из ярких примеров таких объектов — NGC 2617. В 2013 году команда исследователей в США обнаружила, что NGC 2617 изменила свой тип активной галактики, и внутренние области, которые были скрыты от нас, стали видимыми. Мы не знаем, как долго объект будет оставаться в этом новом состоянии. Это может продолжаться в течение короткого периода времени или в течение десятков лет. Статья американских астрономов о NGC 2617 называлась "Человек за кулисами...". Когда мы начали наше исследование, мы не знали, как долго занавес будет оставаться открытым, но мы назвали нашу статью "Занавес остается открытым...", потому что мы всё ещё продолжали наблюдать внутренние области NGC 2617».

По мнению авторов, нет общепринятого объяснения изменениям типа, когда ранее скрытые внутренние области активного ядра галактики становятся видимыми. Виктор Окнянский комментирует: «Совершенно ясно, что это явление не очень редкое, наоборот, мы считаем, что это вполне типично для АГЯ. Существуют различные возможные объяснения этих явлений. Одним из них является то, что, возможно, какая-то звезда слишком близко приблизилась к черной дыре и была разорвана ее тяготением. Тем не менее разрушение звезды черной дырой происходит очень редко, и мы не думаем, что такие события могут объяснить наблюдаемую частоту изменений типа активных галактических ядер. Вместо этого мы рассматриваем модель, в которой резко меняется “режим питания” черной дыры. По мере того как вещество по спирали падает в направлении черной дыры, она испускает мощное излучение. Мы предполагаем, что это интенсивное излучение разрушило часть пыли, окружающей ядро, что позволило нам увидеть внутренние области в окрестностях черной дыры».

Окнянский продолжает: «Изучение этих быстрых изменений типа очень важно для понимания того, что происходит вокруг сверхмассивных черных дыр, которые “питаются” окружающим газом. В нашей работе мы провели комплексные длительные наблюдения NGC 2617 в различных длинах волн, от рентгеновских до инфракрасных. Наблюдательные данные для проекта были получены с использованием глобальной сети автоматических телескопов MASTER, управляемой проф. Владимиром Липуновым и его командой, нашего нового 2,5-метрового телескопа, расположенного недалеко от Кисловодска, 2-метрового телескопа обсерватории в Азербайджане, рентгеновского спутника Swift, а также некоторых других телескопов. Это исследование было проведено в сотрудничестве с коллегами из Азербайджана, США, Финляндии, Чили, Израиля и Южной Африки».