RW Space

Краткая вспышка гамма- и рентгеновского света, осветившая земные телескопы в ноябре 2024 года, могла исходить из неожиданного источника.

Всего несколькими секундами ранее в том же крошечном уголке неба LIGO-Virgo-KAGRA обнаружила характерный гравитационно-волновой сигнал двух сталкивающихся черных дыр. Эти масштабные события являются одними из самых экстремальных во Вселенной; даже в этом случае от них, как правило, не ожидается, что они будут производить обнаруживаемый свет.

Команда под руководством астронома Шу-Руи Чжана из Университета науки и технологий Китая связала необычное обнаружение с еще более необычным набором возможных обстоятельств: исследователи полагают, что столкновение могло произойти в огромном, вращающемся диске пыли и газа, окружающем третью, сверхмассивную черную дыру – активное галактическое ядро родительской галактики (АЯГ).

Это немного сложно. для подтверждения на расстоянии более 4,2 миллиардов световых лет, но независимо от механизма, совокупные наблюдения показывают, что, когда звезды выстраиваются в правильном направлении, сталкивающиеся черные дыры могут сопровождаться вспышкой света.

«Наша модель является прогнозирующей, — пишут исследователи, — и мы подчеркиваем важность дальнейшего ограничения эксцентриситета орбиты слияния и проведения наблюдений родительской галактики в глубоком поле для проверки нашего объяснения».

С момента первого наблюдения гравитационных волн в 2015 году каталог этих рябь в пространстве-времени возросла до сотен. Хотя не все обнаруженные сигналы были проанализированы или даже подтверждены, считается, что большинство из них исходит от столкновений двух черных дыр, самых плотных объектов во Вселенной.

Большинство этих столкновений были совершенно темными. Ученые искали световой аналог для многих из них, но данные свидетельствуют о том, что когда две меньшие черные дыры сливаются, образуя одну большую, фейерверк – если таковой имеется – происходит за горизонтом событий.

Событие гравитационной волны 25 ноября 2024 года, получившее название S241125n, было другим. Сигнал прошел через детекторы LIGO-Virgo-KAGRA, разбросанные по всему земному шару, предупредив ученых о слиянии черных дыр на расстоянии около 4,2 миллиардов световых лет от нас, в результате чего образовался довольно массивный объект, масса которого примерно в 150 раз превышает массу Солнца.

Затем, примерно через 11 секунд, несколько рентгеновских обсерваторий зафиксировали вспышку рентгеновского света, а также гамма-всплеск на том же участке неба, что и гравитационные волны. Исследователи подсчитали, что вероятность того, что это несвязанное совпадение, невелика: за 30 лет наблюдений произошло только одно случайное событие.

Гравитация и свет движутся с одинаковой скоростью. Таким образом, последовательность наблюдений показала, что две черные дыры сначала слились, а затем испустили яркую вспышку света.

Поскольку черные дыры не излучают заметного света (например, они знамениты тем, что не делают этого), и поскольку очень много слияний черных дыр происходит без света, исследователи предположили, что должно происходить что-то еще.

Мы знаем, что есть одна чрезвычайно яркая вещь, которую черные дыры могут делать: поглощать материал в процессе, называемом аккрецией. Когда черная дыра окружена материалом, этот материал может образовывать диск, который перегревается под действием гравитации и трения, вращаясь вокруг черной дыры, как вода, кружащаяся в канализации.

Этот диск является одним из источников света. Другая причина — астрофизические струи, сформированные из материала, который, по мнению ученых, отклоняется и ускоряется вдоль силовых линий магнитного поля сразу за горизонтом событий, чтобы вылететь из полярных областей черной дыры с огромными скоростями.

Гамма-всплеск, обнаруженный после S241125n, имел некоторые особенности, которые были немного необычными по сравнению с более типичными гамма-всплесками, возникающими в результате коллапса ядра сверхновых или слияний нейтронных звезд.

Чжан и его коллеги полагали, что эпизод быстрого роста может быть одним из способов объяснить это. Но для того, чтобы недавно слившаяся черная дыра могла пережить такой эпизод, столкновение должно произойти в среде, где уже достаточно материала для питания.

Они смоделировали, что произойдет, если две черные дыры звездной массы столкнутся внутри аккреционного диска гораздо большей черной дыры, сверхмассивного гиганта, масса которого в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца, которая сама активно аккрецирует материал в сердце галактики.

Когда две черные дыры неравномерные массы сталкиваются, неравномерное распределение массы в результате слияния может дать вновь образовавшейся черной дыре «натальный удар», отправив ее в полет.

По теме: Физики смоделировали черную дыру в лаборатории, и она затем начала светиться

Согласно симуляциям команды, натальный удар в аккреционном диске АЯГ отправит вновь образовавшуюся черную дыру в плотную пыль и газ, что приведет к срабатыванию аккреция и запуск джетов, создающих характеристики, подобные наблюдаемому гамма-всплеску.

Это вполне правдоподобно: галактические центры — это действительно оживленные места, наполненные всевозможной ерундой, включая более мелкие черные дыры и двойные черные дыры, падающие к центру.

Для подтверждения гипотезы команды требуются дополнительные доказательства, но они представляют собой интригующий сценарий для понимания галактических центров и столкновений черных дыр, которые могут происходить внутри них.

«Будущие исследования S241125n и подобных событий могут дать более глубокое понимание фундаментальной физики слияний черных дыр и их роли в более широком космическом ландшафте», — пишут исследователи, — «потенциально раскрывая новые связи между гравитационными волнами, электромагнитными сигналами и средой, в которой происходят эти необычные явления».

Исследование было опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.