Черные дыры оказались «космическими пищеварительными системами»: они выбрасывают почти столько же материи, сколько поглощают

Астрономы под руководством Уорикского университета обнаружили нечто вроде «космической пищеварительной системы» у черной дыры. Наблюдения показали, что даже когда черная дыра выглядит тусклой, она может активно выбрасывать большое количество материи, а не просто поглощать все вокруг.

Черные дыры часто представляют как ненасытных космических обжор. Однако новые наблюдения за драматической вспышкой, проведенные под руководством постдокторанта Уорикского университета доктора Ноэля Кастро Сегуры, выявили гораздо более сложный процесс питания.

Используя Очень Большой Телескоп (VLT) Европейской южной обсерватории, команда отслеживала недавно открытую систему черной дыры Swift J1727.8−1613 на протяжении ее впечатляющего извержения в 2023 году.

Черная дыра, которая поглощает и выбрасывает материю

Когда черная дыра притягивала газ от соседней звезды, она также отправляла часть этого материала обратно в космос через мощные джеты и ветры. Исследователи обнаружили, что эти крупные истечения могут продолжаться даже тогда, когда черная дыра становится чрезвычайно тусклой, а ее активность падает до уровней, значительно более низких, чем ожидали ученые.

Результаты показывают, что черные дыры могут вести себя не как бездонные ямы. Вместо этого они могут действовать как мощные космические пищеварительные системы, которые принимают материю, перерабатывают ее и выбрасывают удивительную ее часть обратно в космос.

«Люди часто представляют, что черные дыры просто поглощают все вокруг себя, — сказал ведущий автор доктор Ноэль Кастро Сегура, постдокторант Уорикского университета. — Но мы видим гораздо более сложный процесс. Материя падает внутрь, система перерабатывает ее, и удивительное количество выбрасывается обратно».

Исследование дало одну из самых детальных оптических записей вспышки черной дыры, когда-либо собранных. Вместо того чтобы зафиксировать лишь несколько изолированных моментов, астрономы смогли проследить за системой, проходящей через несколько различных стадий активности.

Редкий взгляд на питание черной дыры в реальном времени

Swift J1727.8−1613 была обнаружена после того, как внезапно вспыхнула в 2023 году и быстро стала одним из самых ярких рентгеновских источников на небе. Система содержит черную дыру, оттягивающую газ от соседней звезды, образуя вокруг себя быстро вращающийся диск перегретого материала.

Благодаря тому, что вспышка наблюдалась в таких деталях, астрономы смогли наблюдать за эволюцией процесса питания в реальном времени. Подобные события редко отслеживались с таким высоким качеством на протяжении стольких стадий.

Одно из самых поразительных открытий произошло, когда черная дыра запустила мощный джет. В то же время диск, снабжающий черную дыру материалом, претерпел серьезные изменения.

Это дало исследователям необычно четкое представление о взаимосвязи между материей, движущейся внутрь к черной дыре, и материей, выбрасываемой наружу в космос.

Мощные ветры продолжались после затухания вспышки

Самый большой сюрприз появился после того, как пик активности черной дыры в основном утих. Даже когда Swift J1727 потускнела примерно до одной сотой своей пиковой активности, астрономы все еще обнаруживали плотный газ, уносимый от системы.

Это открытие указывает на то, что черные дыры могут продолжать производить сильные истечения еще долго после завершения своей самой яркой фазы. Количество выбрасываемого материала может даже быть сопоставимо с количеством, которое черная дыра в конечном итоге поглощает.

Размышляя о пищеварительном процессе черных дыр, доктор Ноэль Кастро Сегура продолжил: «Если черные дыры могут продолжать сбрасывать материал даже после своих самых крупных вспышек, это означает, что они могут быть гораздо менее эффективными едоками, чем мы предполагали ранее. Значительная часть "трапезы" может вообще никогда не достичь черной дыры, что меняет наше понимание эволюции двойных звезд в галактиках».

Черные дыры могут быть неэффективными едоками

Наблюдения добавляют доказательств тому, что черные дыры не просто потребляют материю. Это активные системы, которые могут перераспределять материал в своем окружении, притягивая газ внутрь, а затем возвращая значительную его часть через джеты и ветры.

Комментируя исследование, Кайл Соломонс, докторант Кейптаунского университета, сказал: «Мы обычно обращаем внимание на драматические "фейерверки" в начале вспышки черной дыры, но наши наблюдения показывают, что финал может быть не менее интенсивным. Даже когда рентгеновское излучение системы упало до доли пикового значения, у нее все еще было достаточно энергии для генерации массивного выброса газа».

Проследив за Swift J1727.8−1613 на протяжении всей вспышки, астрономы смогли наблюдать почти полный цикл питания, трансформации и выброса. Результат дает одно из самых ясных представлений о том, как черные дыры потребляют материю, реагируют на изменяющиеся условия и формируют пространство вокруг себя.

Источники:

Материалы предоставлены Уорикским университетом.

N Castro Segura, K Solomons, J M Corral-Santana, C Knigge, P A Charles, M Brigitte, S Fijma, M Díaz Trigo, A Gúrpide, D A H Buckley, F Carotenuto, A J Castro-Tirado, D L Coppejans, M Georganti, A Hughes, K S Long, J Matthews, I Monageng, I Pelisoli, T D Russell, D Steeghs, J Svoboda, A J Tetarenko, F M Vincentelli, A G W Wallis. Optical outburst evolution of the transient black hole X-ray binary Swift J1727.8−1613: disc response to jet ejections and late-outburst emergence of powerful disc winds. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2026; 550 (4) DOI: 10.1093/mnras/stag1175