Как малый сосед кормит маленького монстра ✛
Маленький монстр прячется в карликовой галактике, и его кормит сосед. Галактика-спутник медленно сливается с массивной соседкой, и газ из внешних областей падает к центру, где сидит чёрная дыра. Она невелика по меркам Вселенной: всего от восьмисот до пяти тысяч масс Солнца, но аппетит у неё зверский. Рентгеновский телескоп Chandra следил за ней шестнадцать лет и насчитал всего около тридцати одного фотона, зато каждый из них рассказал историю.
Фотоны приходят только в мягком рентгеновском диапазоне, как будто кто-то включил лампу с тёплым светом. Температура этой лампы около двух-трёх миллионов градусов, а светимость в сто миллиардов раз больше, чем у Солнца. Так светится раскалённый газ, который кружится вокруг чёрной дыры в аккреционном диске, прежде чем упасть за горизонт. Диск тонкий, горячий у внутреннего края, и по его температуре можно взвесить саму дыру.
Астрономы применили байесовский анализ отношений жёсткости, чтобы выжать максимум из тридцати одного фотона. Этот метод сравнивает, сколько фотонов пришло в разных энергетических диапазонах, и подбирает физическую модель, которая лучше всего объясняет набор. Оказалось, что обычный степенной спектр не подходит, а вот модель аккреционного диска ложится идеально. Значит, перед нами не пульсар и не остаток сверхновой, а именно диск вокруг чёрной дыры.
Соседство с массивной галактикой не случайно. Численные симуляции давно предсказывали, что при малых слияниях газ может перетекать в центр спутника и вызывать вспышки аккреции. Теперь у нас есть реальный пример: маленький монстр получает еду от большого соседа. Это объясняет, как чёрные дыры в карликовых галактиках могли быстро расти в ранней Вселенной, накапливая массу для будущих сверхмассивных гигантов.
Метод, который применили для этого тусклого источника, пригодится и для других слабых объектов. Глубокие обзоры будущих рентгеновских миссий, таких как Athena, найдут сотни подобных систем, и тогда мы сможем собрать статистику роста чёрных дыр. А пока Chandra хранит архив, в котором даже тридцать один фотон способен открыть нового монстра.
Суммарная экспозиция Chandra в 6.6 миллиона секунд эквивалентна 76 суткам непрерывного наблюдения. При этом источник выдал всего около 31 полезного фотона, то есть примерно один фотон каждые 2.5 суток.
Чёрные дыры промежуточной массы — популярный объект в научной фантастике, например, в сериале «Звёздные врата: Вселенная» экипаж корабля «Судьба» использует такую чёрную дыру для подзарядки. В статье описан реальный кандидат, который может быть похож на те, что вдохновляют сценаристов.