Сравнение первичных и вторичных джетов. Источник: Goodwin, et al.
Астрономы выяснили, при какой минимальной активности чёрная дыра начинает выбрасывать джеты — потоки ионизированного газа, разгоняющиеся почти до скорости света. Такие потоки возникают, когда чёрная дыра поглощает вещество и вокруг неё формируется аккреционный диск из горячей плазмы. У неактивных чёрных дыр джеты не появляются, что сильно затрудняет их обнаружение. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Astrophysics, посвящено именно вопросу о том, насколько активной должна быть чёрная дыра для запуска джетов.
Чёрные дыры звёздной массы обычно активны благодаря звезде-компаньону. Если такая чёрная дыра обращается в тесной паре со звездой, она срывает внешние слои светила и поглощает это вещество. Чем больше материи захватывает чёрная дыра, тем быстрее она её поглощает и тем выше её активность — но лишь до определённого предела.
С ростом скорости поглощения растёт выделение тепла и света. Если чёрная дыра поглощает вещество слишком быстро, тепловое давление начинает отталкивать падающий газ, и чёрная дыра переходит в неактивное состояние. Этот максимальный темп поглощения называют пределом Эддингтона. К счастью, чёрной дыре звёздной массы для образования джетов вовсе не нужно приближаться к этому пределу. Согласно наблюдениям, критический уровень составляет лишь около 2% от предела Эддингтона. Именно поэтому джеты есть у столь многих чёрных дыр звёздной массы.
Сверхмассивные чёрные дыры набирают вещество иначе. Они собирают материю, разрывая звёзды, которые подходят слишком близко, — это явление называют приливным разрушением (Tidal Disruption Event, TDE). Оно позволяет чёрной дыре поглощать вещество с огромной скоростью, превышающей даже предел Эддингтона. Такие события могут порождать мощные рентгеновские вспышки и быстро создавать джеты, исходящие от чёрной дыры. Однако не все приливные разрушения сопровождаются рентгеновскими всплесками, и причины этого до конца не ясны. Ещё больше вопросов вызывает то, что некоторые сверхмассивные чёрные дыры без ярких событий приливного разрушения тоже формируют джеты.
Чтобы разобраться в этом, команда исследователей сосредоточилась на наблюдениях двадцати событий приливного разрушения. Их изучали в радио-, видимом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Примерно для десяти событий удалось определить как скорость поглощения вещества, так и формирование джетов. Выяснилось, что у ярких приливных разрушений есть короткая фаза сверхэддингтоновского поглощения, когда чёрные дыры быстро consume (поглощают) материю и создают первичные джеты. Спустя несколько лет те же чёрные дыры начинают генерировать вторичные джеты. В этот период они поглощают вещество из своих аккреционных дисков примерно на уровне 2% от предела Эддингтона — так же, как чёрные дыры звёздной массы.
Это означает, что при долговременном формировании джетов процесс не зависит от масштаба. И чёрные дыры звёздной массы, и сверхмассивные чёрные дыры создают аккреционные диски, и если они поглощают вещество со скоростью выше 2% от предела Эддингтона, то появляются джеты. Ценность этого результата в том, что динамику чёрных дыр звёздной массы можно использовать для понимания сверхмассивных чёрных дыр.