Сверхмассивная черная дыра начала голодовку в рекордно короткий срок

Активные ядра галактик и квазары — одни из самых ярких объектов во Вселенной. Их светимость возникает не из-за самой черной дыры, а благодаря аккреции — падению газа и пыли в ее гравитационную воронку. Разогреваясь до миллионов градусов, материя образует аккреционный диск, который светит больше самих галактик. 

Такие фазы активности, однако, не вечны: по космическим меркам они длятся сравнительно недолго — от сотен до тысяч миллионов лет. До сих пор ученые почти не наблюдали сам процесс «выключения» или «включения» активности галактического ядра. Дело в том, что изменения обычно происходят слишком медленно для человека. Массовые обзоры неба, в которых десятилетиями отслеживаются сотни тысяч квазаров, впервые дали шанс поймать такое переходное состояние.  

Обнаружив необычный объект — квазар SDSS J021801.90-003657.7, который астрономы видят таким, каким он был 10 миллиардов лет назад, — международная исследовательская группа сравнила данные двух крупных обзоров неба (SDSS и Subaru). Выяснилось, что его яркость резко упала: примерно за 20 лет наблюдений квазар потускнел в оптическом диапазоне в 20-30 раз, а общая светимость активного ядра галактики снизилась в 50 раз.

Новый странный радиокруг подсказал возможную природу этого явления В космосе нашли еще один пример необычной огромной структуры — странный радиокруг. На самом деле это не круг, а сфера, которая окружает некоторые галактики по не совсем ясным пока причинам. Впрочем… naked-science.ru

Чтобы понять причину, ученые собрали максимально полную «биографию» объекта: архивные наблюдения за последние десятилетия, новые спектры с крупных телескопов, инфракрасные и рентгеновские данные. Подход позволил проследить изменения почти за 70 лет. Как показал анализ, гаснущее ядро нельзя объяснить тем, что квазар просто заслонило облако космической пыли — одна из наиболее распространенных гипотез. Моделирование спектральной энергии вовсе выявило, что лучшее объяснение — резкое падение скорости аккреции вещества на сверхмассивную черную дыру (СМЧД). 

Проще говоря, центральная СМЧД стала получать значительно меньше «топлива». По оценкам, интенсивность питания черной дыры уменьшилась примерно в 50 раз — с уровня активного квазара до почти спящего состояния. Теперь свет галактики в видимом диапазоне определяется в основном ее звездами, а не ядром. Это редкая возможность рассмотреть галактику-хозяйку без ослепительного излучения квазара.

Особенно интересной оказалась скорость изменений. Теоретические модели предсказывают, что перестройка аккреционного диска должна занимать тысячи или даже сотни тысяч лет, однако наблюдаемое затухание произошло слишком быстро. При этом практически все астрофизические модели аккреционных дисков СМЧД пока построены на идеализированных моделях, поскольку детальных наблюдений их окрестностей не слишком много.

Снимки галактики J0218-0036 в видимом свете. Слева — обзор SDSS (2022 год), справа — Subary (2018 год).  / ©SDSS, HSC-SSP/NAOJ

Выходит, физика аккреции СМЧД может быть куда динамичнее, чем считалось ранее. Возможно, внутренние области диска быстро исчезают или переходят в другой режим течения вещества — аналогично переходам состояний, наблюдаемым у черных дыр звездной массы.

Такие угасающие квазары чрезвычайно редки, но именно они помогают понять, как эволюционируют галактики и почему многие из них со временем перестают активно формировать звезды. Наблюдая момент, когда СМЧД выключает свое излучение, астрономы фактически получают возможность увидеть один из ключевых переключателей космической эволюции — переход галактики от бурной активности к спокойной зрелости. Таким образом, подобные наблюдения и помогают уточнить модели. Результаты научной работы опубликованы в журнале PASJ.