Міжнародна група астрономів під керівництвом вчених IAS визначила те, що, здається, є універсальним законом, який регулює одну з найдраматичніших поведінок чорних дір: утворення потужних струменів.

Дослідники виявили, що чорні діри, незалежно від їх розміру, можуть запускати струмені на одній і тій же критичній стадії свого циклу живлення. Сюди входять чорні діри «зіркової маси», які приблизно в 10 разів перевищують масу Сонця, і надмасивні чорні діри, які в мільйони разів більші за масу.

Дослідження проводили Ендрю Маммері, Мартін А. і Хелен Чорджян (2025-30) зі Школи природничих наук Інституту передових досліджень, а також Адель Гудвін, співробітник Фундації лісових досліджень Міжнародного центру радіоастрономічних досліджень при Університеті Кертіна, Західна Австралія.

Подивіться, як чорна діра розриває зірку

Опубліковано в природна астрономія Під назвою «Універсальна критична швидкість акреції для формування струменя чорної діри» це дослідження об’єднує багаторічні спостереження на різних довжинах хвиль. Дослідники об’єднали дані телескопів із США, Австралії, Індії, Південної Африки та космосу.

Вони зосередилися на явищі приливного зриву, яке виникає, коли зірка проходить поблизу надмасивної чорної діри, і чорна діра розривається на частини своєю сильною гравітацією. Ці події дали дослідницькій групі рідкісну можливість спостерігати, як поводяться чорні діри після раптового отримання великої кількості зоряного матеріалу.

«Ми дійсно хотіли вирішити цю величезну головоломку», — сказав Маммері. «Чому деякі надмасивні чорні діри запускають радіострумин відразу після розбиття зірки, тоді як інші сидять там, ніби вони повністю дрімають, і раптово запускають свої струмені через місяці чи роки?»

Чорні діри часто порівнюють з космічними пилососами, але їхня поведінка живлення набагато брудніша. «Коли чорна діра розриває зірку, вона не проковтує все чисто», — сказав Гудвін.

Частина матеріалу зірки падає в бік чорної діри, але більша його частина може бути різко викинута в космос потужними потоками. Ці гігантські космічні «відрижки» можуть транспортувати речовину на великі відстані та можуть мати великий вплив на еволюцію галактик, які їх містять.

Як швидше досліджувати надмасивні чорні діри

Астрономи вже давно підозрюють, що чорні діри підкоряються тим самим фундаментальним законам фізики, навіть незважаючи на те, що їх маси сильно відрізняються. Цю ідею було важко підтвердити, оскільки зміни навколо надмасивної чорної діри зазвичай можуть відбуватися протягом тисяч або навіть мільйонів років.

Явище приливного зриву дає спосіб обійти цю проблему. Коли зірка руйнується, виникає явище підживлення навколо надмасивної чорної діри, яка може еволюціонувати лише за кілька років. Це дозволяє вченим швидше зрозуміти процеси, які дуже важко відстежити в реальному часі.

Ключове розуміння нового дослідження було виявлено в несподіваній ситуації. Під час розмови в барі під час астрофізичної конференції в Мадриді Маммері та Гудвін зрозуміли, що ті самі закони, які, як відомо, керують утворенням реактивних струменів у менших чорних дірах, також можуть застосовуватися до надмасивних чорних дір.

Дві різні стадії струменя чорної діри

Щоб перевірити цю ідею, дослідники дослідили 20 приливних подій за допомогою оптичних, ультрафіолетових, рентгенівських та радіоспостережень.

Зрештою вони звузили вибірку до 10 високоякісних подій, за якими вони могли надійно визначити як швидкість живлення чорної діри, так і час її радіовиходу.

Аналіз виявив два чітких моменти, коли міг утворитися струмінь.

Перше відбувається рано, коли чорна діра споживає матерію з дуже високою швидкістю. Другий з’являється через тривалий час після того, як зірка вперше розривається, через сотні чи тисячі днів.

На цій пізній стадії швидкість подачі чорної діри падає приблизно до 2% від межі Еддінгтона. На цій межі зовнішній тиск випромінювання врівноважує внутрішнє тяжіння сили тяжіння.

Цей 2-відсотковий поріг особливо важливий, оскільки вже відомо, що він викликає утворення струменів у набагато менших чорних дірах у галактиках. Виявлення того самого порогу для надмасивних чорних дір свідчить про те, що ця частина фізики чорних дір працює по суті однаково у величезному діапазоні мас.

Передбачте, коли вибухне чорна діра

Відкриття також може мати практичну цінність для астрономів.

Якщо дослідники можуть передбачити, коли чорні діри, ймовірно, створять затримані струмені, вони зможуть планувати спостереження ефективніше, збільшуючи шанси вловити ці короткочасні явища, коли вони відбуваються.

Це могло б краще використовувати телескопи, які дуже затребувані, і зменшити кількість спостережень, коли очікується невелика активність.

Здатність передбачати ці виверження може бути особливо корисною для майбутніх великих обсерваторій, таких як проект радіотелескопа Square Kilometer Array, який, як очікується, почне збирати наукові дані в 2028 році.

«Ми сподіваємося, що наше дослідження прокладе шлях до ще глибших відкриттів про наш Всесвіт», — сказав Маммері.