Астрономы давно подозревали, что сверхмассивные чёрные дыры и их «младшие родственники» звёздной массы — по сути одно и то же явление, только в разных масштабах. Но не хватало прямого наблюдательного подтверждения. И вот в сентябре 2008 года в журнале Nature вышла работа, которая, похоже, поставила точку в этом вопросе — или, как минимум, жирный восклицательный знак.

Рентгеновский пульс из галактики REJ1034+396

Группа исследователей из Дурхамского университета (Durham University) заглянула в центр галактики REJ1034+396 — туда, где, по расчётам, прячется сверхмассивная чёрная дыра. Расстояние до неё — около 500 миллионов световых лет, так что события, которые фиксировали британцы, произошли задолго до появления динозавров на Земле. Инструментом послужила европейская орбитальная рентгеновская обсерватория XMM-Newton, способная улавливать высокоэнергетическое излучение, которое не пробивается сквозь атмосферу.

До этого считалось, что сверхмассивные чёрные дыры (их масса лежит в диапазоне от ста тысяч до пятидесяти миллиардов солнечных) излучают в рентгене довольно монотонно. Однако данные XMM-Newton показали обратное: излучение шло импульсами, каждый из которых длился несколько часов. Ровно так же ведут себя чёрные дыры звёздной массы — объекты, чья масса не превышает нескольких десятков солнечных и которые образуются при коллапсе массивных звёзд.

Аккреционный диск как общий механизм

Почему чёрная дыра вообще излучает? Ведь само её имя говорит о том, что даже свет не может покинуть горизонт событий. Ответ кроется в окрестностях. Согласно общепринятой гипотезе, чёрная дыра окружена аккреционным диском — вращающейся структурой из газа и пыли. Вещество диска, притягиваемое гравитацией, падает на дыру, разгоняясь до скоростей, близких к световым. При таких скоростях трение и столкновения частиц разогревают материю до миллионов градусов, и она начинает испускать электромагнитное излучение — в том числе в рентгеновском диапазоне.

Импульсный характер излучения, вероятно, связан с нестабильностями в аккреционном потоке или с процессами вблизи самого горизонта. Для чёрных дыр звёздной массы такая пульсация — хорошо задокументированный факт. Теперь же, как выяснили учёные из Дурхама, тот же самый механизм работает и в гигантских масштабах.

Связь, которую искали

Открытие важно не только как ещё один штрих к портрету чёрных дыр. Оно напрямую связывает два класса объектов, которые раньше рассматривались почти порознь. Если сверхмассивная чёрная дыра пульсирует точно так же, как и её «звёздная» родственница, значит, физика аккреции действительно универсальна. Меняются лишь масштабы: вместо десятка солнечных масс — миллиарды, вместо компактного диска — гигантская структура размером с Солнечную систему.

Исследователи полагают, что это открытие поможет лучше понять эволюцию галактик. Сверхмассивные чёрные дыры сидят в центрах большинства крупных галактик, включая наш Млечный Путь, и их активность напрямую влияет на звездообразование и распределение вещества в галактическом масштабе. Теперь, зная, что они подчиняются тем же законам, что и чёрные дыры звёздной массы, астрофизики могут смелее переносить модели, проверенные на малых объектах, на куда более грандиозные системы. Например, вращение чёрных дыр впервые можно зафиксировать напрямую по искажениям света от аккреционного диска, что обещает проверить теории, объединяющие оба класса.

Так что фраза римского писателя Луция Апулея — «Каждый человек в отдельности смертен, человечество же в целом бессмертно» — неожиданно аукнулась в астрофизике. Чёрные дыры тоже бывают маленькими и большими, но в основе их поведения, похоже, лежит один и тот же механизм. И пульс этого механизма теперь зафиксирован.