В третий раз за 35 лет чёрная дыра в центре галактики IC 3599 вызвала мощную вспышку, и на этот раз астрономы смогли наблюдать происходящее практически в реальном времени. Галактика расположена примерно в 280 миллионах световых лет от Земли, а предыдущие подобные вспышки были зафиксированы в 1990 и 2010 годах, однако тогда учёные смогли восстановить картину событий уже после того, как извержения завершились.
Теперь исследователи впервые смогли наблюдать развитие такого события непосредственно во время вспышки. Работа, посвящённая анализу явления в разных диапазонах электромагнитного спектра, была опубликована в виде препринта на сервере arXiv 10 июля.
Повторяемость вспышек IC 3599 уже давно вызывает вопросы у астрономов. Учёные обсуждают два основных возможных объяснения: нестабильность аккреционного диска, из которого чёрная дыра поглощает вещество, или приливное разрушение звезды, когда гравитация чёрной дыры разрывает её на части.
После вспышек 1990 и 2010 годов астрономы начали регулярно наблюдать за чёрной дырой. С 2013 года её ежемесячный мониторинг проводился с помощью космической обсерватории Neil Gehrels Swift.
В октябре 2025 года наблюдения показали, что IC 3599 стала примерно в 50 раз ярче, чем обычно в своём спокойном состоянии. Для более подробного изучения события команда под руководством Д. Групе из Университета Северного Кентукки провела дополнительные наблюдения с использованием космических телескопов Swift и XMM-Newton, а также наземных обсерваторий Лик, Синлун и Кавказской горной обсерватории.
Используя соотношение между массой галактики и массой центральной чёрной дыры, исследователи оценили массу объекта примерно в 2 миллиона масс Солнца. При этом яркость чёрной дыры соответствовала уровню, ожидаемому в случае аккреции вещества с максимальной теоретически возможной скоростью.
Особенно важные данные были получены во время наблюдений продолжительностью 120 000 секунд с помощью телескопа XMM-Newton. Рентгеновская яркость объекта заметно колебалась вверх и вниз по повторяющемуся сценарию. Предварительный анализ указывает на возможный период таких колебаний около 7,4 часа.
Наземные телескопы также зафиксировали множество новых или резко усилившихся эмиссионных линий. Особенно заметными стали так называемые корональные линии, связанные с сильно ионизированными атомами железа, которые не наблюдались в спокойном состоянии галактики.
Это может свидетельствовать о том, что вспышка ионизирует газ, находящийся далеко за пределами непосредственного окружения чёрной дыры.
Проанализировав совокупность полученных данных, исследователи пришли к выводу, что наиболее вероятной причиной повторяющихся мощных вспышек является нестабильность аккреционного диска, вызванная давлением излучения.
Во внутренней части диска излучение чёрной дыры может настолько сильно воздействовать на окружающий газ, что система становится нестабильной. Вещество постепенно накапливается, достигает определённого предела, после чего происходит внезапное падение газа внутрь чёрной дыры, сопровождающееся мощной вспышкой.
Затем диск постепенно освобождается от вещества, остывает и начинает медленно заполняться вновь. После этого цикл может повториться, однако промежутки между вспышками не обязательно должны быть одинаковыми.
Именно это наблюдается в случае IC 3599. Между тремя известными вспышками прошло примерно 19,5 года, а затем около 15,7 года. По мнению исследователей, механизм, который должен был бы работать строго периодически, например звезда или компактный объект на стабильной орбите, регулярно взаимодействующий с диском, в таком случае выглядит менее вероятным.
При этом альтернативные объяснения полностью исключить пока нельзя. Возможно, звезда неоднократно приближается к чёрной дыре и каждый раз теряет часть вещества и энергии. В таком случае её орбита могла постепенно измениться, стать более компактной, вытянутой или нестабильной.
Другой вариант предполагает наличие в галактике двух чёрных дыр, вращающихся вокруг общего центра масс. Такая система также могла бы вызывать нерегулярные изменения яркости. Однако исследователи отмечают, что обе эти гипотезы не объясняют некоторые особенности наблюдавшихся вспышек.
Особого внимания заслуживают обнаруженные колебания рентгеновской яркости с периодом около 7,4 часа. Такой временной масштаб напоминает явление, известное как квазипериодические осцилляции, или QPO, которые ранее наблюдались у некоторых других активных галактик.
Однако имеющихся данных пока недостаточно, чтобы с полной уверенностью подтвердить природу этих колебаний. Механизм возникновения подобных явлений до сих пор остаётся не до конца понятным.
В целом наблюдения IC 3599 предоставили астрономам уникальный набор данных. Во время пика вспышки чёрная дыра излучала с яркостью, близкой к пределу Эддингтона — максимальному уровню, при котором давление излучения способно уравновешивать гравитационное притяжение падающего вещества.
Сочетание наблюдений в рентгеновском и оптическом диапазонах, необычной структуры вспышки и квазипериодических колебаний указывает на то, что наиболее вероятным источником события является внутренняя нестабильность аккреционного диска.
«Аккреция на пределе Эддингтона в момент максимума вспышки и необычная структура, напоминающая квазипериодические колебания, в кривой рентгеновского блеска, полученной XMM-Newton, делают IC 3599 уникальным объектом для изучения физики аккреции в экстремальных условиях», — заключили исследователи.