В центре галактики М81, удалённой от нас на 12 миллионов световых лет, скрывается объект, который трудно представить. Сверхмассивная чёрная дыра массой в 70 миллионов солнц — и, как выяснилось, её аппетиты ничем не отличаются от привычек куда более скромных родственниц. Агата Кристи однажды заметила: «Тот факт, что будильник не прозвенел, изменил уже много...» — и в астрономии порой всё решает именно такая, казалось бы, незначительная деталь. В данном случае — форма кривой излучения.

Группа американских астрономов сопоставила данные наблюдений за сверхмассивной чёрной дырой в М81 с известными характеристиками чёрных дыр звёздной массы — тех, что обычно в паре с обычной звездой тянут из неё газ. Результат, принятый к публикации в The Astrophysical Journal, оказался неожиданно простым: «рацион» и процесс поглощения материи у гигантов и у «малышек» одинаков.

Шесть телескопов для одной кривой

Любая чёрная дыра окружена аккреционным диском — вращающимся облаком материи, которая постепенно падает на горизонт событий. Прежде чем исчезнуть навсегда, газ разгоняется гравитацией до скоростей, близких к световым, и при этом испускает электромагнитное излучение. Именно это свечение и ловили инструменты.

Для наблюдений за сверхмассивной дырой в М81 учёные задействовали шесть телескопов, включая орбитальную рентгеновскую обсерваторию «Чандра». Они фиксировали излучение в разных диапазонах и получили точные распределения энергии — как по времени, так и по частотам. Затем эти распределения сравнили с аналогичными данными для чёрных дыр звёздной массы. Совпадение оказалось практически полным.

Из этого астрономы сделали вывод: схема питания не зависит от размера чёрной дыры. Будь то объект с массой в десяток солнц или монстр в 70 миллионов солнечных масс — физика аккреции работает одинаково.

Мост к невидимому звену

На основе полученных данных исследователи построили математическую модель окружения чёрной дыры. И здесь кроется, пожалуй, самый интригующий момент. Модель, по замыслу авторов, позволит вычислять распределение излучения аккреционного диска для гипотетического класса чёрных дыр средней массы — от нескольких сотен до нескольких тысяч солнечных масс.

Эти объекты считаются связующим звеном между сверхмассивными чёрными дырами в центрах галактик и дырами звёздной массы. Проблема в том, что пока ни одной такой дыры астрономы напрямую не наблюдали. Но теперь, зная характерный «световой почерк» аккреции, можно целенаправленно искать его в данных телескопов. Если где-то во Вселенной чёрная дыра средней массы сейчас поглощает газ, её излучение должно выглядеть так же, как у её больших и малых собратьев.

Кстати, мы уже писали о том, что вращение чёрных дыр впервые можно зафиксировать напрямую — итальянские астрономы разработали методику, которая по искажениям света от аккреционного диска позволяет измерить угловой момент. Оба открытия бьют в одну точку: аккреционный диск перестаёт быть просто «светящимся облаком» и превращается в точный диагностический инструмент.

Любопытно, что ещё в 2008 году, когда эта работа готовилась к печати, страхи перед чёрными дырами выливались в совсем иные формы: суд против коллайдера тогда отложил запуск Большого адронного коллайдера — двое американцев всерьёз опасались, что столкновения протонов породят микроскопические чёрные дыры. Сегодня же астрофизика спокойно изучает реальные дыры, и каждая новая деталь приближает нас к пониманию того, как растут эти гравитационные монстры — от скромных десяти солнечных масс до умопомрачительных миллиардов.

Работа американских астрономов не просто подтвердила универсальность аккреции. Она дала ключ к поиску недостающего звена. Возможно, первые чёрные дыры средней массы найдут именно по тому самому «будильнику, который не прозвенел», — по точному совпадению их спектра с уже известными шаблонами. И тогда картина эволюции чёрных дыр наконец сложится целиком.