Астрофизики узнали о вспышке гамма-излучения после взрыва от слияния черных дыр

Международная группа астрофизиков из Китая и Италии обнаружила потенциальную связь между гравитационными волнами и световой вспышкой, возникшей при слиянии двух черных дыр. Результаты анализа редкого космического события S241125n 13 марта опубликованы на новостном портале Science X.

Гравитационные волны от слияния бинарной системы черных дыр были зафиксированы обсерваториями LIGO-Virgo-KAGRA в ноябре 2024 года. Примерно через 11 секунд после прохождения сигнала космический телескоп Swift (NASA) зарегистрировал в том же участке неба короткий гамма-всплеск, а китайский спутник Einstein Probe обнаружил рентгеновское послесвечение.

Обычно столкновения черных дыр считаются «темными» событиями, не излучающими свет, поэтому одновременная фиксация гравитационных волн и электромагнитного излучения стала научной аномалией. Авторы утверждают, что такая оценка намеренно консервативна, а истинная вероятность случайного совпадения может быть еще ниже.

Согласно расчетам, суммарная масса сливающихся объектов превысила 100 масс Солнца, что делает их одной из самых тяжелых пар черных дыр звездной массы, когда-либо наблюдавшихся. Общая энергия, светимость и продолжительность вспышки совпадают с параметрами типичных коротких гамма-всплесков, однако фотонные индексы излучения отличаются: начальный выброс оказался «мягче», а послесвечение — «жестче» обычного. Это указывает на возможный особый механизм излучения.

Сигнал от столкновения шел до Земли около 4,2 млрд световых лет. По мнению ученых, подобные события становятся возможными, когда две черные дыры сливаются внутри плотного диска газа и пыли, окружающего сверхмассивную черную дыру в центре галактики — так называемого аккреционного диска активного ядра галактики. В этих областях огромное количество материи вращается вокруг центрального объекта, создавая насыщенную «топливом» среду. Слияние бинарной системы черных дыр в таких условиях происходит в плотной материальной среде.

Согласно представленной модели, в момент объединения объектов новая черная дыра получает мощный импульс из-за асимметричного излучения гравитационных волн. Начав движение сквозь окружающий газ, она стремительно поглощает материю на своем пути. Скорость этого поглощения может значительно превышать предел, при котором черная дыра способна стабильно потреблять вещество.

Такой процесс превращает черную дыру в «прожорливый двигатель». Интенсивная аккреция в намагниченной среде провоцирует выброс релятивистских джетов — струй излучения и частиц, выбрасываемых наружу почти со скоростью света за счет энергии вращения. Проходя сквозь тяжелый диск активного ядра галактики, джет создает ударные волны в плотном газе.

Первоначально энергия остается запертой внутри диска, термализуя газ. Однако в момент прорыва струи на поверхность фотоны вырываются наружу. Результатом становится всплеск высокоэнергетического излучения, исходящий из ядра галактики.

Авторы работы утверждают, что этот механизм способен порождать короткие гамма-всплески, источником которых обычно считаются слияния нейтронных звезд, а не черных дыр. Такой «шоковый прорыв» из диска дает тепловой гамма-спектр. Это совпадает с данными наблюдений телескопа Swift за событием S241125n, где мгновенное излучение оказалось необычно «мягким» по сравнению с типичными короткими гамма-всплесками.