Астрономы, изучающие события приливного разрушения, выяснили, что сверхмассивные черные дыры могут запускать джеты, когда темп поглощения вещества падает примерно до 2 процентов от предела Эддингтона. Этот же порог ранее связывали с образованием джетов у значительно меньших по массе черных дыр в Млечном Пути. Результат указывает на то, что часть физических процессов, управляющих питанием черных дыр, может оставаться одинаковой в огромном диапазоне масштабов.
Исследование под руководством доктора Адель Гудвин из Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR) Университета Кертина и Фонда исследований Форреста опубликовано в журнале Nature Astronomy. Соавтором работы выступил доктор Эндрю Маммери из Института перспективных исследований в Принстоне. Ученые сопоставили черные дыры массой примерно в 10 раз больше солнечной со сверхмассивными объектами в миллионы солнечных масс. Несмотря на колоссальную разницу, обе разновидности, судя по всему, способны производить джеты на одной и той же стадии цикла питания.
«Эти черные дыры разделены огромными различиями в массе, но, похоже, включают свои джеты в одной и той же точке процесса питания», — заявила доктор Гудвин. По ее словам, это говорит о чем-то фундаментальном: физика, похоже, не зависит от того, насколько велика черная дыра. На протяжении десятилетий астрономы предполагали, что черные дыры могут подчиняться схожим физическим правилам независимо от массы, однако проверить эту идею на сверхмассивных объектах сложно, поскольку серьезные изменения в их питании могут разворачиваться тысячи лет — гораздо дольше, чем возможно наблюдать напрямую.
Гудвин и ее коллеги обратились к событиям приливного разрушения — редким эпизодам, когда звезда подходит к сверхмассивной черной дыре достаточно близко, чтобы ее разорвало гравитацией. Обломки не исчезают в черной дыре сразу: часть вещества падает внутрь, а другая может выбрасываться через оттоки и узкие джеты, уходящие на огромные расстояния в космосе. «Когда черная дыра разрывает звезду, она не проглатывает все аккуратно, — сказала доктор Гудвин. — Часть материала поглощается, а часть выбрасывается обратно в космос в виде мощных джетов и оттоков. Это можно представить как отрыжку черной дыры, только такие отрыжки могут разбрасывать вещество на колоссальные расстояния и влиять на окружающие галактики».
Одной из загадок оставалось разное время появления радиоизлучения после событий приливного разрушения. Некоторые черные дыры производят заметные джеты вскоре после уничтожения звезды, другие же остаются радиомолчащими месяцами или даже годами, прежде чем внезапно активизироваться. Исследователи проанализировали 20 событий приливного разрушения, используя оптические, ультрафиолетовые, рентгеновские и радионаблюдения телескопов в Австралии, США, Индии, ЮАР и в космосе. Затем они сузили выборку до 10 событий, для которых можно было надежно смоделировать и темп питания черной дыры, и время ее радиотистечения. В данных проявились два различных периода образования джетов.
Первая фаза джетов наступает рано, когда недавно насытившаяся черная дыра поглощает вещество с чрезвычайно высокой скоростью. Вторая фаза может возникнуть через сотни или тысячи дней после разрушения звезды, когда темп питания существенно снизился. Задержанные джеты появлялись, когда черная дыра достигала примерно 2 процентов от предела Эддингтона — точки, в которой давление исходящего излучения уравновешивает гравитационное притяжение. «Задержанные джеты появлялись, когда темп питания черной дыры падал до той же критической точки, уже известной по гораздо меньшим черным дырам, — отметила Гудвин. — Именно тогда мы поняли, что это не просто особенность одного типа черных дыр, а похоже на правило, действующее по всей Вселенной». Тот же порог примерно в 2 процента уже связывают с образованием джетов у черных дыр звездной массы в Млечном Пути.
Связь стала очевидной, когда Гудвин и Маммери находились на конференции в Мадриде. Вдали от телескопных данных исследователи осознали, что поведение, которое они наблюдали в событиях приливного разрушения, напоминает переход, уже зафиксированный у значительно меньших черных дыр. Это сравнение позволило объяснить, почему радиоджеты могут появляться в столь разное время после уничтожения звезды. Результат не означает, что каждое событие приливного разрушения обязательно должно производить джет в точно определенный момент. Вместо этого исследование определяет темп питания как потенциально полезный физический маркер того, когда образование джета становится более вероятным. Такой маркер может помочь астрономам решать, когда возвращаться к событию приливного разрушения с радиотелескопами.