Тихий монстр

Астрономы зафиксировали мощнейшую вспышку в центре Млечного Пути. Гигантская черная дыра, находящаяся в ядре галактики, неожиданно усилила свою активность, однако исследователи пока не знают, в чем причина этого феномена. «Лента.ру» рассказывает об открытии, а также объясняет, может ли Млечный Путь на короткое время превратиться в смертоносный квазар.

Сверхмассивная черная дыра в центре Млечного пути — Стрелец A* (Sgr A*) — ближайший к Земле объект такого рода. Она представляет собой компактный сверхплотный объект, который испускает инфракрасное, рентгеновское и радиоизлучение. Хотя сами черные дыры не могут ничего излучать по определению (гипотетическое излучение Хокинга не в счет, оно генерируется у горизонта событий с наружной стороны), Стрелец A* окружен горячим газовым облаком протяженностью шесть световых лет, которое и является радиоисточником. Расстояние от Земли до черной дыры достигает 26 тысяч световых лет, а ее диаметр, по оценкам, составляет 60 миллионов километров (чуть больше диаметра орбиты Меркурия).

Многочисленные наблюдения за черной дырой продемонстрировали, что Стрелец A* является относительно неярким объектом. Его светимость на девять порядков меньше, чем максимально возможная светимость (светимость Эддингтона), но при этом она постоянно изменяется. Так, изучение рентгеновского эха, то есть отраженных от галактической пыли рентгеновских лучей, позволило определить, что за последние несколько столетий видимая с Земли яркость радиоисточника могла меняться на пять порядков. Это объясняется тем, что космическая среда вокруг черной дыры очень динамична: тут находятся звезды и другие объекты, которые проходят в непосредственной близости от Sgr А*, тем самым способствуя аккреции вещества.

В 2018 году одна из звезд — S2 — подошла к черной дыре на расстояние меньше ста астрономических единиц (одна астрономическая единица, или а.е., равна среднему расстоянию от Солнца до Земли). В последние десятилетия астрономы также наблюдали приближение к Стрельцу A* двух пылевых объектов (G1 и G2) — тогда у них были замечены признаки приливного взаимодействия с черной дырой. Ученые предположили, что и S2, и два облака являются источником материала, падающего в черную дыру и вызывающего изменения в блеске.

В 2019 году международная группа астрономов изучила черную дыру с помощью телескопов Обсерватории Кека, находящейся на горе Мауна-Кеа (Гавайи). Наблюдения проводились в течение четырех ночей в ближнем инфракрасном спектре. 13 мая ученые зарегистрировали беспрецедентно яркую вспышку, которая превзошла предыдущий рекорд в два раза и достигла 6 миллиянских (1 мЯн равен 10 в минус 29-й степени Вт/(м2·Гц)). В другую ночь, 20 апреля, плотность потока излучения также была очень высокой и превышала 99,7 процента от всех ранее зафиксированных значений.

Ученые предложили несколько объяснений аномальной вспышки. Первая возможность: сама ее беспрецедентность могла получиться из-за несовершенства статистических моделей, которые необходимо в этом случае обновить. То есть на самом деле это вполне типичное поведение черной дыры, о котором мы до сих пор не знали из-за отрывочных данных наблюдений. Вторая возможность: аккреционная активность Sgr А* действительно изменилась, поскольку в радиоисточник что-то упало. Например, вещество от S2.

S2 — одна из самых близких к черной дыре звезд, она обращается вокруг Sgr А* с периодом примерно 15 лет. Расстояние от черной дыры до перицентра (ближайшей точке орбиты) составляет около сотни астрономических единиц. Звезда из-за близости к огромному скоплению массы, равной более четырех миллионов масс Солнца, развивает скорость до двух процентов от скорости света. Сама S2 — бело-голубой массивный гигант с массой в 10-15 масс Солнца. Подобная звезда вполне могла бы стать источником вещества, которое в результате аккреции приблизилось к черной дыре и вызвало вспышку. Однако ряд исследователей считает, что эффект был бы незначительным, а более массивных звезд поблизости нет.

Еще одним источником мог стать нерегулярный газовый поток, идущий в сторону Sgr А* от облаков G. В 2017 году ученые предсказали, что G1 и G2 могут вызвать увеличение яркости радиоисточника в инфракрасной и радиоволновой области спектра. Однако для уточнения, действительно ли имеет место усиленная аккреция, необходимо продолжать наблюдения, заключают ученые.

В настоящее время Млечный Путь не относится к сейфертовским галактикам, то есть к галактикам с активными ядрами (АЯГ), в которых происходит выделение огромного количества энергии. АЯГ также представляют собой сверхмассивные черные дыры, но, в отличие от Sgr А*, вокруг них формируется яркий аккреционный диск. Закручивающееся вещество разогревается из-за сил трения до экстремальных температур и испускает излучение в оптическом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Яркость диска часто достигает предела Эддингтона, также могут возникать джеты — струи плазмы, перемещающейся с околосветовой скоростью. АЯГ являются одними из самых подходящих кандидатов на роль источников высокоэнергетических космических лучей.

Считается, что в прошлом многие галактики имели активные ядра, поскольку тогда им было доступно больше холодного газа, чем сейчас. Это объясняет, почему квазары, которые являются самыми яркими объектами во Вселенной, встречаются только в отдаленных регионах Вселенной — свет от них летел миллиарды лет. Хотя в настоящее время в ядрах почти всех галактик находятся сверхмассивные черные дыры, не все они испускают излучение, достаточное для того, чтобы считаться активными. В то же время есть основания полагать, что и у Млечного Пути когда-то имелось активное ядро, и наша галактика также являлась квазаром.

Одним из свидетельств бурной молодости Млечного Пути являются пузыри Ферми — две структуры, исходящие из ядра по обе стороны плоскости спирали и испускающие гамма-рентгеновское излучение. Считается, что они были порождены Стрельцом A*, когда он был активен и имел джеты. Хотя некоторые ученые предполагают, что источник пузырей Ферми совсем другой — частые сверхновые в центральных областях галактики.

Эхо рентгеновских лучей, отраженное от космической пыли, показывает, что несколько столетий назад (строго говоря, тысячелетий — свет от центра галактики идет 26 тысяч лет) светимость черной дыры могла достигать несколько сотен тысяч светимостей Солнца. Еще один признак активного ядра Млечного Пути — необычное остаточное свечение Магелланова Потока, пояса межзвездных облаков, протянувшихся от Магеллановых облаков до южного полюса галактики. Ученые считают, что свечение было вызвано прохождением джета от сверхмассивной черной дыры. Ее светимость в этом случае достигала несколько миллиардов солнечных, и происходило это всего лишь несколько миллионов лет назад.

Поэтому даже относительно спокойное ядро галактики на какое-то время может вновь стать активным. Млечному Пути вряд ли предстоит вновь стать квазаром — их время давно прошло. Но если в черную дыру попадет достаточно вещества, произойдет яркая сейфертовская вспышка с возникновением джетов. Правда, человечество вряд ли это увидит даже в далеком будущем, поскольку центр нашей галактики надежно скрывают газопылевые облака.

Александр Еникеев