Міжнародна група астрономів на чолі з вченим IAS виявила, що існує універсальне правило, яке керує однією з найдивовижніших поведінок чорних дір: виробництво струменів енергії.
Дослідники виявили, що чорні діри можуть викидати струмені на критичному етапі свого циклу живлення, незалежно від їх розміру. Він містить чорні діри «зоряної маси», маса яких приблизно в десять разів перевищує масу нашого Сонця, а також надмасивні чорні діри, які в мільйони разів важчі.
Робота Ендрю Маммері, Мартіна А. та Хелен Чулджян (2025-30) у Школі природничих наук Інституту перспективних досліджень та Адель Гудвін, співробітника Фонду лісових досліджень у Міжнародному центрі радіоастрономічних досліджень Університету Кертіна в Західній Австралії.
Спостерігати, як чорні діри розривають зірки
Опубліковано Астрономія природи Дослідження під назвою «Універсальна критична швидкість для формування струменя чорної діри» об’єднує роки довгохвильових спостережень. Дослідники об’єднали дані телескопів Америки, Австралії, Індії, Південної Африки та космосу.
Вони зосередилися на подіях приливних зривів, які відбуваються, коли зірка проходить настільки близько до чорної діри, що сильні сили тяжіння розривають її на частини. Ці події дали команді рідкісну можливість побачити, як поводиться чорна діра після отримання великої кількості зоряного матеріалу.
«Ми дуже хотіли зрозуміти цю величезну головоломку», — сказав Маммері. «Чому деякі надмасивні чорні діри залишають радіоджети відразу після того, як вони розривають зірку, тоді як інші сидять там повністю бездіяльними і лише раптово запалюють свої струмені через місяці чи навіть роки?»
Чорні діри часто порівнюють з космічними пилососами, але їх харчова поведінка набагато складніша. «Коли чорна діра розриває зірку, вона не поглинає все», — сказав Гудвін.
Частина матеріалу зірки потрапляє в чорну діру, тоді як більша його частина може бути різко викинута в космос потужним потоком. Ці масивні космічні «відрижки» можуть долати величезні відстані та впливати на еволюцію галактик, які їх містять.
Швидший спосіб дослідження надмасивних чорних дір
Астрономи вже давно припускають, що чорні діри підкоряються тим самим основним фізичним правилам, навіть якщо їх маси значно відрізняються. Цю ідею було важко підтвердити, оскільки зміни навколо надмасивних чорних дір зазвичай відбуваються протягом тисяч або навіть мільйонів років.
Повінь може вирішити цю проблему. Коли зірка гине, епізод живлення навколо надмасивної чорної діри може розвиватися протягом кількох років. Це дозволяє вченим швидше бачити процеси, які інакше було б надзвичайно важко відстежити в режимі реального часу.
Ключове розуміння нового дослідження сталося в несподіваній обстановці. Під час астрофізичної конференції в Мадриді Маммері та Гудвін розмовляли в барі, коли зрозуміли, що те саме правило, яке керує утворенням струменів у менших чорних дірах, може також застосовуватися до більших.
Дві різні фази струменів чорної діри
Щоб перевірити цю ідею, дослідники дослідили двадцять випадків пошкодження водою, використовуючи спостереження за оптичними, ультрафіолетовими, рентгенівськими та радіохвилями.
Зрештою, вони звузили вибірку до десяти подій з високою роздільною здатністю, для яких вони могли визначити як швидкість живлення чорної діри, так і час радіовипромінювання.
Аналіз виявив два чітких періоди, в які можуть утворюватися струмені.
Перша подія відбувається рано, поки чорна діра споживає матеріал з дуже високою швидкістю. Другий з’являється набагато пізніше, через сотні чи тисячі днів після розпаду зірки.
На цьому пізньому етапі швидкість живлення чорної діри досягає приблизно двох відсотків від межі Еддінгтона, де зовнішній тиск випромінювання врівноважує внутрішнє гравітаційне тяжіння.
Цей двовідсотковий поріг особливо важливий, оскільки вже відомо, що він викликає утворення струменів у набагато менших чорних дірах у нашій галактиці. Виявлення порогу в надмасивних чорних дірах свідчить про те, що ця частина фізики чорних дір працює по суті однаково в широкому діапазоні мас.
Передбачення, коли чорні діри спалахнуть
Відкриття також може мати практичне значення для астрономів.
Якщо дослідники можуть передбачити, коли чорна діра, найімовірніше, створить затриманий струмінь, вони зможуть ефективніше планувати спостереження та підвищити свої шанси вловити ці короткочасні події, коли вони відбуваються.
Це може краще використовувати телескопи, які потребують найбільше, і зменшити кількість спостережень, які можна проводити в очікуванні низької активності.
Здатність передбачати ці спалахи може бути особливо корисною для майбутніх великих обсерваторій, включаючи проект радіотелескопа Square Kilometer, який, як очікується, почне збирати наукові дані в 2028 році.
«Ми сподіваємося, що наша робота прокладає шлях до ще більш глибоких відкриттів про наш Всесвіт», — сказав Маммері.
