Обнаружена черная дыра с искривленным аккреционным диском

Учёных заинтересовала бинарная звёздная система MAXI J1820+070, которая была обнаружена японским рентгеновским телескопом на борту Международной космической станции в 2018 году. Как правило, в подобных бинарных системах находится маломассивная звезда, похожая на наше Солнце, и гораздо более компактный объект — он может быть белым карликом, нейтронной звездой или черной дырой. Рассматриваемая MAXI J1820+070 содержит черную дыру, масса которой по крайней мере в 8 раз превышает массу нашего Солнца.

Международная группа астрофизиков обнаружила изменения в яркости света, наблюдаемого в окрестности одной из ближайших к нам черных дыр, расположенной на расстоянии 9 600 световых лет от Земли.

Световая кривая, которую проанализировали ученые, была получена увлеченными астролюбителями в течение почти годовых наблюдений по всему миру. Звезда в MAXI J1820+070 — одна из трех самых ярких когда-либо наблюдавшихся рентгеновских звезд. Это так не только потому, что она крайне близка к Земле, но и потому, что она удачно находится вне заслоняющей плоскости нашей Галактики Млечный Путь. Поскольку она оставалась яркой в течение многих месяцев, большому числу людей удалось за ней понаблюдать.

Но почти через 3 месяца после начала вспышки произошло нечто неожиданное — световая кривая словно претерпела огромную модуляцию с периодом около 17 часов — на пике наблюдалось удвоение яркости. При этом в рентгеновском диапазоне не произошло никаких изменений. Хотя небольшие квазипериодические видимые модуляции наблюдались в прошлом во время других рентгеновских вспышек, ничего подобного ранее не наблюдалось. Что же вызвало такое необычное поведение? 

Материал из звезды втягивается компактным объектом в окружающий его аккреционный диск из спиралевидного газа. Вспышки происходят, когда материал в диске становится нагревается, аккрецирует на черную дыру и высвобождает огромное количество энергии, прежде чем пересечь горизонт событий. Этот процесс хаотичен и очень изменчив, его временные масштабы варьируются от миллисекунд до месяцев.

Когда огромное рентгеновское излучение исходит из очень близкой черной дыры, а затем облучает окружающую материю, в частности, аккреционный диск, нагревая его до температуры около 10 000 К, его излучение находится в оптическом диапазоне, в частности, мы видим излучаемый свет. Именно поэтому, когда интенсивность рентгеновской вспышки уменьшается, уменьшается и видимый свет.

Оставалось лишь одно возможное объяснение: огромный поток рентгеновского излучения облучал аккреционный диск и вызывал его искривление, обеспечивающее сильное увеличение его площади, вследствие чего увеличивался и световой поток. Такое поведение уже наблюдалось ранее в рентгеновских бинарах с более массивными звездами, но никогда не наблюдалось в системах с черной дырой и маломассивной звездой.

Учёным известно о нескольких десятках бинарных систем с черными дырами в нашей Галактике, имеющих массы в диапазоне 5-15 солнечных масс. Они также растут за счет аккреции материи.