Черная дыра в центре Млечного Пути «полыхнула» с беспрецедентной силой

Стрелец А* — название крупного источника излучения из центра Млечного Пути, которое астрономы заметили сначала в радиодиапазоне и только потом — и в инфракрасной части спектра. Его масса равна четырем миллионам солнечных. С физической точки зрения возможен только один вид компактных объектов (одиночных космических объектов, не являющихся газопылевыми облаками) такой массы — сверхмассивные черные дыры. С тех пор то же название астрономы используют не только по отношению к источнику излучения, но и к одноименной черной дыре в его центре. Она относится к классу сверхмассивных черных дыр (СМЧД) и расположена примерно в 26 тысячах световых лет от Земли. Это ближайший к нашей планете объект такого рода.

В 2011 году астрономы выяснили, что всего два миллиона лет назад из региона, где находится Стрелец А*, шло очень интенсивное излучение в разных диапазонах, включая видимый. По астрономическим меркам это не очень давно, ведь за это время процессы, протекающие у СМЧД, не могут радикально поменяться. По всей видимости, объект поглотил огромное количество материи в сжатые сроки. При подобном процессе (ученые называют его аккрецией) вокруг СМЧД образуется диск из быстро вращающейся материи, часть которой «выстреливает» вверх и вниз от диска (релятивистские струи). 

Материя в диске и струях раскаляется до тысяч градусов — излучение от них и вызывает мощный всплеск светимости. Около двух миллионов лет назад такое событие было достаточно ярким, чтобы окрестности этой черной дыры были заметны даже на Земле, причем с яркостью, близкой к полной Луне. Это свечение можно было наблюдать даже невооруженным глазом в течение сотен тысяч лет.

Сверхмассивные черные дыры, как правило, трудно наблюдать в видимом диапазоне, поскольку галактическое ядро скрыто облаками пыли и газа. Однако инфракрасное излучение лучше проникает через газопылевую среду, поэтому для понимания ситуации в окрестностях черной дыры астрономы проводят наблюдения с помощью инфракрасных телескопов.

Авторы новой работы обнаружили, что в 2019 году сила инфракрасного излучения из окрестностей Стрельца А* внезапно выросла вдвое, до шести миллиянских (1 янский равен 10?26 Вт/(м2·Гц), единица измерения спектральной плотности потока излучения). Неожиданно оказалось, что ни одна модель поведения спокойной черной дыры, которой, как считалось, является Стрелец А*, не может предсказать такое поведение. Это значит, что используемые модели не до конца верны, и фактически СМЧД в центре нашей Галактики может быстро наращивать яркость непредсказуемым образом.

Ученые предполагают, что причиной резкого роста светимости может быть то, что черная дыра поглощает окружающую ее материю в ускоренном режиме. Однако остается не вполне ясным, что за объект она могла поглотить. В 2019 году астрономы не наблюдали ничего, что сильно сближалось со Стрельцом А*. Такие события были в 2018 году, когда близко к ней проходила звезда S02, и в 2014 году, когда Стрелец А* сближался с газовым облаком G2, в котором, по мнению ряда астрономов, могла скрываться планета. Но ни в одном из этих годов таких всплесков светимости не наблюдалось.

Исследователи предполагают, что случившееся может объясняться чуть замедленной реакцией на сближение со звездой в прошлом году или еще более замедленной реакцией на газовое облако G2. Однако пока никто не предложил конкретные теоретические механизмы, которые объясняли бы столь замедленную (на срок до пяти лет) реакцию на сближение с другими объектами.

Механизм питания черной дыры при сближении с газовыми облаками или другими звездами теоретически достаточно прямолинейный. Гравитация сверхмассивной черной дыры «отрывает» от облака газ и пыль, звезда может лишиться части своих планет или астероидов. При особенно серьезном сближении она может потерять даже часть своей атмосферы, попадающей в аккреционный диск черной дыры. 

Звезда S02 вращается вокруг Стрельца А* по вытянутой орбите, с периодом чуть более 16 тысяч лет. В самой близкой к СМЧД части орбиты, которую она и проходила в прошлом году, расстояние между ней и дырой сокращалось до 18 миллиардов километров, что чуть меньше дистанции, разделяющей Солнце и земной зонд «Вояджер-2». Материя, которую гравитация Стрельца А* оттянула от звезды, в теории может преодолеть это расстояние за достаточно короткое время, однако она не движется прямолинейно и достигает аккреционного диска по достаточно сложной траектории. В то же время на данный момент точно неизвестно, сколько времени может занять миграция материи от звезды S02 к аккреционному диску СМЧД. Это делает наблюдения новой работы особо ценными: они позволят точнее установить детали процесса поглощения материи ближайшей к нам сверхмассивной черной дырой.