Астрономы зафиксировали резкое усиление рентгеновского излучения сверхмассивной черной дыры, а примерно через 300 дней — мощное радиоизлучение плазменных струй. Наблюдения помогают изучать связь между аккреционным диском черной дыры и выбрасываемой ею материей.

Объект находится в центре галактики NGC 1275 — самой яркой галактики в скоплении Персея, огромном объединении тысяч галактик. По мнению исследователей, эта система предоставляет особенно хорошие возможности для изучения взаимодействия между аккреционным диском черной дыры и плазменными струями.

Когда материя приближается к сверхмассивной черной дыре, она формирует вращающийся диск, который называют аккреционным. Под действием гравитации газ нагревается и излучает энергию. В активных галактических ядрах часть материи направляется к полюсам черной дыры и выбрасывается в виде двух мощных струй. Их можно наблюдать в разных диапазонах электромагнитного спектра, в том числе в радиоволнах.

Изучение этих процессов важно, поскольку струи способны изменять окружающую среду галактики и влиять на формирование новых звезд. Таким образом, активность черной дыры может отражаться на развитии всей галактики.

Исследованием руководила Сара Кетчем из Мичиганского университета. Команда использовала архивные данные космической рентгеновской обсерватории NASA Swift, собранные с 2007 по 2025 год, а также радионаблюдения. В отличие от телескопа Chandra, который обеспечивает более мощные рентгеновские наблюдения, Swift достаточно долго следил за NGC 1275, чтобы ученые смогли проследить изменения излучения черной дыры.

«Довольно сложно наблюдать внутреннюю область этого активного галактического ядра, поскольку NGC 1275 находится в центре массивного скопления Персея, которое добавляет к нашим наблюдениям дополнительный свет», — объяснила Кетчем.

Исследователи разработали модель, позволившую отделить излучение скопления от данных Swift и проследить изменения рентгеновского излучения газа, падающего на черную дыру.

В феврале 2023 года ученые зарегистрировали самую сильную на тот момент рентгеновскую вспышку NGC 1275. Она продолжалась менее 60 дней и включала два импульса длительностью около пяти дней каждый. Во время события рентгеновская яркость активного галактического ядра удвоилась.

Исследователи проверили, могла ли вспышка быть вызвана приливным разрушением звезды. Такое происходит, когда звезда подходит слишком близко к черной дыре, и огромная разница в гравитационном притяжении между ее частями разрывает звезду. Образовавшаяся материя может затем быть поглощена черной дырой.

«Нам удалось исключить приливное разрушение звезды как причину», — сказала Кетчем. По мнению команды, наиболее вероятным объяснением стало резкое увеличение скорости поглощения материи черной дырой.

По этим данным ученые также приблизительно оценили ее массу. Определив размер области, из которой исходит излучение активного галактического ядра, они пришли к выводу, что масса черной дыры составляет от 100 миллионов до 1 миллиарда масс Солнца.

Затем команда сопоставила рентгеновские наблюдения с имеющимися радиоизмерениями. Ученые обнаружили предварительные свидетельства задержки примерно в 300 дней между рентгеновской вспышкой и усилением радиоизлучения струй.

Эта задержка может указывать на время, необходимое плазме, чтобы пройти от основания струи до области, где она сталкивается с окружающим газом или пылью и создает ударную волну.

«Это необходимо будет дополнительно проверить в будущем. Наши рентгеновские данные недостаточно подробно отслеживают изменения в NGC 1275», — уточнила Кетчем. По ее словам, для более точного установления связи между рентгеновским и радиоизлучением нужны дополнительные наблюдения.

Ученые также предполагают, что рентгеновские вспышки вблизи черной дыры могут оставлять своеобразный след в аккреционном диске. В данных NGC 1275 заметна эмиссионная линия нейтрального железа, которая может свидетельствовать о таком эффекте. Для его подтверждения потребуются дополнительные наблюдения с помощью космических обсерваторий XMM-Newton и XRISM.

«NGC 1275 лучше любой другой известной системы демонстрирует масштабное воздействие струй черной дыры», — подчеркнула Кетчем.

Исследование принято к публикации в научном журнале The Astrophysical Journal Letters. Его предварительная версия доступна на платформе arXiv.