В центре Млечного Пути, примерно в 27 тысячах световых лет от Земли, находится сверхмассивная черная дыра Стрелец A*. Масса объекта превышает солнечную в четыре миллиона раз, а вокруг него вращается аккреционный диск: раскаленный вихрь газа и пыли, затягиваемый гравитацией.

Аккреционный диск — не статичная структура, а динамичная, представляющая собой турбулентную среду, где материя сначала вращается, а затем, постепенно теряя энергию за счет трения и магнитных взаимодействий, падает внутрь черной дыры. При этом значительная часть гравитационной энергии превращается в тепло, что нагревает диск до экстремальных температур. В результате происходит излучение в широком диапазоне длин волн (рентгеновское, ультрафиолетовое, инфракрасное и даже радиоизлучение).

Когда в диске начинаются резкие изменения – например, внезапное увеличение потока падающей материи (как при приливном разрушении звезды) или когда линии магнитного поля пересекаются и соединяются, высвобождая огромное количество энергии за короткий промежуток времени, случаются кратковременные, но интенсивные вспышки излучения. Их регистрируют научные приборы.

Статья по теме: Сколько звезд ежегодно рождается в нашей Галактике, а сколько “умирает”?

Ученые десятилетиями изучали черную дыру по ее аккреционному диску. Однако рассмотреть процессы в деталях мешали пылевые облака и ограничения техники. На основе имеющихся данных исследователи выдвинули предположения, что активность Стрельца A* циклична — периоды вспышек сменяются затишьем. 

С запуском новаторского космического телескопа «‎Джеймса Уэбба» удалось больше узнать о сердце нашей галактики. Последние данные указывают, что Стрелец A* ведет себя иначе, чем аналогичные объекты в других галактиках.

Статья по теме: Вблизи сверхмассивной черной дыры впервые обнаружили двойную звезду

В 2023–2024 годах международная команда астрофизиков под руководством Фархада Юсефа-Заде (Farhad Yusef-Zadeh) из Северо-Западного университета (США) провела рекордные по продолжительности наблюдения за Стрельцом А*. Используя камеру ближнего инфракрасного диапазона NIRCam, установленную на борту обсерватории «‎Джеймса Уэбба», ученые фиксировали инфракрасное излучение на двух длинах волн (2,1 и 4,8 микрон) в течение 48 часов  — с интервалом в 8-10 часов на протяжении одного года. Это позволило ученым проследить, как менялась черная дыра с течением времени.  

Камера NIRCam способна улавливать слабые сигналы сквозь облака космической пыли, невидимые для оптических телескопов. Исследователи надеялись, что новые данные помогут больше узнать о природе вспышек, которые фиксировали предыдущие миссии, включая Chandra и Event Horizon Telescope.

Юсеф-Заде и его коллеги ожидали увидеть периоды активности, перемежающиеся спокойствием, как у других черных дыр. Вместо этого они зафиксировали хаотичный поток вспышек, которые не прекращались ни на минуту.

Каждые сутки аккреционный диск генерировал 5–6 ярких вспышек, между которыми возникали десятки слабых мерцаний. Некоторые вспышки длились секунды, другие — часы, а слабые колебания растягивались на месяцы. 

«Это как фейерверк, где нет пауз между залпами», — пояснил Юсеф-Заде.  

Ученые выделили два типа активности. Первый — слабые мерцания, напоминающие рябь на воде. Они возникают из-за турбулентности в аккреционном диске. Газовые потоки сталкиваются, сжимаются и нагреваются до миллионов градусов, высвобождая энергию в виде инфракрасного излучения.

Второй тип — мощные вспышки, сравнимые с взрывами. Их причина — магнитные взаимодействия. Когда силовые линии магнитного поля черной дыры разрываются и соединяются заново, выделяется колоссальная энергия. Частицы разгоняются почти до скорости света, создавая яркие всплески.

Статья по теме: Ученым удалось получить первый снимок окрестностей черной дыры в центре нашей Галактики

При наблюдении вспышек ученые заметили странную особенность: свет от них приходил на детекторы телескопа не одновременно. Сначала фиксировалось коротковолновое излучение, а через 1–40 секунд — длинноволновое. То есть свет с более короткой длиной волны (с более высокой энергией) доходил до детекторы немного раньше, чем свет с более длинной длиной волны (с более низкой энергией). 

Ранее ученые думали, что вспышки — мгновенные «взрывы», где все типы излучения появляются сразу. Теперь ясно, что это процесс с этапами. Задержка подтверждает: частицы не просто светятся, а постепенно «остывают», теряя энергию, что сказывается на степени излучения. Это поможет понять, как черные дыры управляют своим окружением и куда девается их колоссальная энергия.

Отметим, большинство сверхмассивных черных дыр активны лишь периодически. Например, дыра в центре галактики M87 «просыпается» раз в несколько лет. Стрелец A*, напротив, никогда не затихает. Ученые связывают это с необычным составом аккреционного диска.

«Вокруг нашей черной дыры меньше газа, чем у других. Возможно, это заставляет магнитные поля чаще перестраиваться, вызывая вспышки», — предположил американский астрофизик Джозеф Микаил (Joseph Michail) из Гарвардского университет, соавтор исследования. 

В ближайшее время Юсеф-Заде и его коллеги планируют провести новую сессию наблюдений — 24 часа без перерыва. Это поможет снизить уровень шума и выявить скрытые закономерности вспышек. Авторы исследования надеются, что полученные данные, помогут не только раскрыть природу черных дыр, но и изменят представление научного мира о том, как устроены и эволюционируют галактики.

Результаты научной работы представлены в The Astrophysical Journal Letters.