Принадлежащий ESA рентгеновский телескоп XMM-Newton обнаружил колебания рентгеновского излучения, исходящего от сверхмассивной черной дыры в центре близкой галактики. Полученные результаты рисуют захватывающую картину, которая опровергает наши представления о том, как материя падает в черные дыры и указывает на потенциальный источник гравитационных волн.
Колебания рентгеновского излучения
Во время падения в черную дыру обреченная материя образует вокруг нее диск. Этот процесс называется аккрецией. Газ в аккреционном диске нагревается и испускает в основном ультрафиолетовое излучение. Оно взаимодействует с окружающим черную дыру облаком электрического заряженного газа, называемым короной. В ходе данного взаимодействия ультрафиолетовые лучи приобретают энергию, повышая ее до рентгеновских лучей.

Внимание исследователей привлекли зафиксированные телескопом XMM-Newton колебания рентгеновского излучения, испускаемого черной дырой 1ES 1927+654. В 2018 году она пережила большую вспышку, которая, похоже, нарушила ее окружение, потому что рентгеновская корона исчезла. Постепенно корона вернулась, и к началу 2021 года нормальное состояние было восстановлено.
Объект на краю черной дыры
Однако в июле 2022 года XMM-Newton начал наблюдать, что мощность рентгеновского излучения 1ES 1927+654 меняется на уровне около 10 % на временных интервалах от 400 до 1000 секунд. Подобные колебания свидетельствуют, что в аккреционном диске находится какой-то массивный объект. По мере приближения объекта к черной дыре время движения по орбите уменьшается, что приводит к увеличению частоты колебаний.

Расчеты показали, что этот загадочный объект, вероятно, представляет собой белый карлик, с массой, примерно в 0,1 раза превышающей массу Солнца, движущийся с невероятной скоростью. Он совершал один оборот вокруг дыры, преодолевая расстояние порядка 100 млн км за 18 минут.
В течение почти двух лет XMM-Newton показал, что колебания становятся все более сильными и частыми. Исследователи предположили, что орбитальная энергия объекта излучается в виде гравитационных волн, как это диктует общая теория относительности. А это означало, что он должен еще сильнее притягиваться к черной дыре и быть поглощенным ею уже в ближайшее время.
Загадочное спасение
Чтобы проверить эту идею, они рассчитали, когда этот объект пересечет горизонт событий и исчезнет, после чего колебания прекратятся. Оказалось, что это произойдет 4 января 2024 года. Однако в марте 2024 года XMM-Newton вновь зарегистрировал колебания. А это означало, что прогноз астрономов не оправдался. Теперь объект двигался со скоростью, примерно равной половине скорости света, и совершал один оборот вокруг черной дыры всего за семь минут, упорно отказываясь быть поглощенным.

В результате исследователи столкнулись с ситуацией, что дело либо вовсе не только в гравитационных волнах, либо нужно менять всю гипотезу. Они рассмотрели идею того, что колебаться может само облако вокруг черной дыры. Однако поскольку не существует устоявшейся теории, объясняющей такое поведение, они вернулись к исходному сценарию. По их предположению, в то время как гравитация черной дыры втягивает белый карлик, он также сбрасывает часть своего внешнего слоя в черную дыру. Этот сброс действует как небольшая отдача, благодаря которой белый карлик может сопротивляться пересечению горизонта событий.
Так это или нет, станет известно в 2030-х, когда ESA запустит гравитационную обсерваторию LIST. Если на орбите вокруг черной дыры действительно есть белый карлик, то она должна будет его увидеть.
По материалам ESA