Черная дыра промежуточной массы выдала себя пролетами сквозь аккреционный поток вблизи сверхмассивной черной дыры

Астрономы отыскали пару из сверхмассивной черной дыры и черной дыры промежуточной массы в центре далекой галактики. Система стала заметна благодаря квазипериодическим изменениям истечений из аккреционного потока, которые порождают пролеты черной дыры сквозь него. Статья опубликована в журнале Science Advances.

Пары из сверхмассивной черной дыры и компактного объекта, который может быть белым карликом, нейтронной звездой или также черной дырой, интересны для ученых с точки зрения проверки эффектов Общей теории относительности. Кроме того, такие системы выступают прародителями всплесков гравитационных волн, которые возникают при слиянии объектов и регистрируются наземными гравитационно-волновыми обсерваториями, такими как LIGO. Любопытны также редкие случаи пар черных дыр, в которой одна из них пролетает сквозь аккреционный диск другой, как в случае часто наблюдаемого блазара OJ 287.

Группа астрономов во главе с Дираджем Пашамом (Dheeraj Pasham) из Института астрофизики и космических исследований Кавли сообщила об обнаружении пары из сверхмассивной черной дыры и черной дыры промежуточной массы, которая пролетает сквозь аккреционный поток, связанный с первой черной дырой.

Первоначально внимание ученых привлек транзиент ASASSN-20qc, который был обнаружен в ядре галактики на красном смещении 0,056 при помощи наземной системы ASAS-SN 20 декабря 2020 года. Последующие мультиволновые наблюдения при помощи космических телескопов Swift, NICER и XMM-Newton, а также анализ архивных данных телескопа eROSITA, показали, что до вспышки галактика обладала слабоактивным ядром с черной дырой с массой около 10^7,5 масс Солнца, а после вспышки наблюдается доминирующее тепловое излучение аккреционного диска, а в дальнейшем — квазипериодические изменения сверхбыстрых (объемная скорость стабильна и составляет около 0,35 скорости света) истечений вещества из диска с периодом примерно 8,5 дня.

Исследователи рассмотрели несколько теоретических моделей для объяснения такой картины наблюдательных данных, включая прецессирующий внутренний аккреционный диск, комковатые истечения, нестабильности в диске, квазипериодические извержения и повторяющиеся события частичного приливного разрушения звезд черной дырой, однако они не подошли.

Лучше всего в данные вписывается модель, созданная путем двумерного общерелятивистского магнитогидродинамического моделирования (GRMHD) с использованием кода HARMPI. В ядре галактики находится пара из сверхмассивной черной дыры и черной дыры с массой 10²⁻⁴ масс Солнца, что помещает ее в категорию черных дыр промежуточных масс. Первоначально в системе произошло событие приливного разрушения звезды типа Солнца сверхмассивной черной дырой, что привело к образованию аккреционного диска. Квазипериодические изменения истечения в нем порождались пролетом сквозь аккреционный поток второй черной дыры на слегка эксцентричной орбите, на среднем расстоянии около ста радиусов Шварцшильда от сверхмассивной черной дыры.

Ранее мы рассказывали о том, как ученые отыскали самую тяжелую пару сверхмассивных черных дыр.