Некоторые черные дыры излучают своего рода «сердцебиение», и астрономы думают, что наконец-то поняли, почему

Астрофизики из Китайской академии наук раскрыли механизм загадочного «сердцебиения» черных дыр — регулярных рентгеновских импульсов, которые ранее считались аномалией. Новое исследование, основанное на данных космических обсерваторий NASA, доказывает, что эти пульсации являются прямым следствием нестабильности аккреционного диска, а не случайным выбросом энергии. Открытие меняет представление о том, как сверхмассивные объекты взаимодействуют с окружающей материей.

Десятилетняя загадка получила объяснение

В 2007 году телескоп XMM-Newton зафиксировал необычный сигнал от черной дыры в галактике RE J1034+396 — серию ритмичных всплесков, напоминающих электрокардиограмму. Почти два десятилетия природа этого явления оставалась предметом споров. Теперь группа исследователей под руководством Института физики высоких энергий в Пекине представила доказательства того, что «сердцебиение» связано с циклическими процессами в аккреционном диске.

Что происходит внутри черной дыры во время пульсации

Анализируя данные обсерваторий NICER и NuSTAR за июнь-июль 2022 года, ученые изучили поведение черной дыры IGR J17091-3624, расположенной в 28 000 световых лет от Земли. Они идентифицировали новый класс переменности, названный X-классом. Ключевое открытие: в пиковые моменты мягкого рентгеновского излучения наблюдается резкий дефицит высокоэнергетических фотонов (свыше 20 кэВ). Этот эффект зафиксирован с уровнем достоверности 15 сигма, что исключает случайность. «Дефицит высокоэнергетического потока на пике мягкой вспышки указывает на прямое взаимодействие между аккреционным диском и короной черной дыры», — отмечается в работе, опубликованной на сервере препринтов arXiv.

Механизм «сердцебиения»: цикл разрушения и нагрева

Процесс запускается, когда внутренний край аккреционного диска наклоняется. Это создает нестабильность, приводящую к временной фрагментации диска. Значительная масса материи устремляется к горизонту событий, вызывая мощный выброс излучения. Этот импульс нагревает окружающий газ, временно стабилизируя систему. Как только нагрев спадает, диск снова дестабилизируется — цикл повторяется, генерируя новое «сердцебиение». Исследователи также обнаружили синхронное изменение температуры и скорости потока вещества в диске с частотой импульсов. Это прямое доказательство того, что движущей силой вспышек являются именно внутренние нестабильности, а не внешние факторы, такие как активность звезды-компаньона. На сегодняшний день подобные сигналы зафиксированы лишь у двух черных дыр из сотен изученных. Это делает явление крайне редким, но его понимание критически важно для моделирования аккреционных процессов. Ранее схожие закономерности в 2022 году выявила группа астрофизика Мариано Мендеса из Гронингенского университета при наблюдении за черной дырой GRS 1915+105. Сопоставление данных по двум объектам позволяет говорить о формировании новой физической модели. Открытие китайских ученых приближает астрофизиков к разгадке того, как черные дыры звездной массы «питаются» и регулируют собственный рост. Регулярные пульсации дают уникальную возможность изучать процессы в непосредственной близости от горизонта событий — области, которая остается недоступной для прямого наблюдения. Если модель подтвердится на других объектах, «сердцебиение» черных дыр может стать стандартным инструментом для калибровки теорий квантовой гравитации и поведения материи в экстремальных условиях.