Астрономы нашли универсальное правило формирования джетов у чёрных дыр

Международная команда астрономов под руководством исследователя из Института перспективных исследований (IAS) выявила, по-видимому, универсальное правило, определяющее одно из самых впечатляющих проявлений активности чёрных дыр — формирование мощных джетов.

Оказалось, что чёрные дыры могут запускать джеты на одной и той же критической стадии цикла питания независимо от своей массы. Это касается как чёрных дыр звёздной массы (примерно в десять раз тяжелее Солнца), так и сверхмассивных чёрных дыр, которые в миллионы раз тяжелее.

Работу выполнили Эндрю Маммери (участник программы Мартина А. и Хелен Чулджян на 2025–2030 годы в Школе естественных наук IAS) и Адель Гудвин, стипендиат Forrest Research Foundation в Международном центре радиоастрономических исследований Университета Кёртина (Западная Австралия).

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy под названием «A universal critical accretion rate for black hole jet formation». В нём объединены многолетние наблюдения в разных диапазонах длин волн: учёные использовали данные телескопов в США, Австралии, Индии, ЮАР, а также космических обсерваторий.

Основное внимание уделялось приливным событиям разрушения (tidal disruption events), которые происходят, когда звезда подходит слишком близко к сверхмассивной чёрной дыре и её разрывают мощные гравитационные силы. Такие события дают редкую возможность наблюдать, как чёрная дыра ведёт себя после того, как внезапно получает большой запас звёздного вещества.

«Нам очень хотелось разгадать эту масштабную головоломку, — сказал Маммери. — Почему одни сверхмассивные чёрные дыры выбрасывают радиоджеты сразу после того, как разрывают звезду, а другие словно остаются полностью спящими, чтобы внезапно запустить джеты спустя месяцы или даже годы?»

Чёрные дыры часто сравнивают с космическими пылесосами, но их «питание» устроено гораздо хаотичнее. «Когда чёрная дыра разрывает звезду, она не проглатывает всё аккуратно», — отметила Гудвин.

Часть звёздного материала падает к чёрной дыре, а значительная его доля может быть выброшена в космос мощными потоками. Эти гигантские космические «отрыжки» способны переносить вещество на огромные расстояния и заметно влиять на эволюцию галактик, в которых находятся чёрные дыры.

Астрономы давно подозревали, что чёрные дыры подчиняются одним и тем же базовым физическим законам даже при колоссально различающихся массах. Подтвердить это было сложно, поскольку изменения вокруг сверхмассивных чёрных дыр обычно растягиваются на тысячи или даже миллионы лет.

Приливные события разрушения позволяют обойти эту проблему. Когда звезда уничтожена, эпизод питания сверхмассивной чёрной дыры может развиваться всего за несколько лет, давая учёным гораздо более быстрый взгляд на процессы, которые иначе было бы крайне трудно отслеживать в реальном времени.

Ключевая идея нового исследования родилась в неожиданной обстановке: на астрофизической конференции в Мадриде Маммери и Гудвин разговаривали в баре и поняли, что то же правило, которое, как известно, управляет формированием джетов у меньших чёрных дыр, может действовать и для сверхмассивных.

Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи изучили двадцать приливных событий разрушения, используя наблюдения в оптическом, ультрафиолетовом, рентгеновском и радиодиапазонах. В итоге они отобрали десять событий высокого качества, для которых можно было надёжно определить как скорость питания чёрной дыры, так и время появления радиопотоков.

Анализ выявил два отдельных периода, когда могут формироваться джеты. Первый наступает рано, пока чёрная дыра поглощает вещество с чрезвычайно высокой скоростью. Второй проявляется гораздо позже — через сотни или тысячи дней после того, как звезда была изначально разорвана.

На более поздней стадии скорость питания чёрной дыры падает примерно до двух процентов от предела Эддингтона — точки, в которой давление излучения наружу уравновешивает гравитационное притяжение внутрь. Этот двухпроцентный порог особенно важен: уже известно, что он запускает формирование джетов у гораздо меньших чёрных дыр в нашей галактике. Обнаружение того же порога у сверхмассивных чёрных дыр говорит о том, что эта часть физики чёрных дыр работает практически одинаково в огромном диапазоне масс.

Открытие может иметь и практическую ценность для астрономов. Если исследователи смогут предсказывать, когда чёрная дыра вероятно произведёт отложенный джет, они смогут эффективнее планировать наблюдения и повышать шансы поймать эти короткоживущие события в момент их возникновения. Это позволит лучше использовать телескопы, на которые существует высокий спрос, и сократить число наблюдений, когда активность маловероятна.

Умение предугадывать такие «извержения» может оказаться особенно полезным для крупных будущих обсерваторий, включая проект радиотелескопа Square Kilometre Array, который, как ожидается, начнёт собирать научные данные в 2028 году.

«Мы надеемся, что наша работа проложит путь к ещё более глубоким открытиям о нашей Вселенной», — сказал Маммери.

Источники:

Материалы предоставлены Институтом перспективных исследований.

Adelle J. Goodwin, Andrew Mummery. A universal critical accretion rate for black hole jet formation. Nature Astronomy, 2026; DOI: 10.1038/s41550-026-02951-1