Российские астрономы-«археологи» восстановили историю черных дыр

Сотрудники Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук (САО РАН) на основе собственных наблюдений и анализа научной литературы изучили следы активности сверхмассивных черных дыр: например, «эхо» ионизирующего излучения и реликтовые радиоволокна. Исследования помогли восстановить историю центров галактик на масштабах от тысяч до сотен миллионов лет. Результаты опубликованы в журнале «Успехи физических наук» (№3, 2026), сообщает РАН.

Около 80 % сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик, напомнили астрофизики, находятся в неактивном («спящем») состоянии, и лишь примерно 20 % из них «бодрствуют». Это значит, что активность этих объектов носит прерывистый характер. Восстановив историю таких периодов, можно понять эволюцию черных дыр.

Ионизационное эхо: свет из прошлого

По словам авторов статьи, один из главных объектов таких исследований — «ионизационное эхо». Так называют протяженные конусы ионизации — области газа, которые светятся под воздействием ультрафиолетового излучения ядра. Если, к примеру, ядро потухло, а свечение сохраняется, значит, наблюдатели видят световое эхо события, которое произошло десятки или сотни тысяч лет назад.

Вторым весомым «артефактом» для «археологии» черных дыр являются реликтовые протяженные структуры с крутым наклоном синхротронного радиоспектра, которые остались после выбросов из черных дыр радиоджетов. По наклону спектра такого излучения можно оценить возраст последней вспышки активности — от миллиона до сотен миллионов лет.

Галактика NGC 5514: реконструкция событий

Предложенный метод исследователи применили для изучения взаимодействующей галактики NGC 5514 с активным ядром, которая находится на удалении около 350 млн световых лет от Земли. Наблюдения проводили с помощью крупнейшего в Евразии 6-метрового телескопа БТА («Большой телескоп азимутальный»). Он установлен на высоте 2100 метров над уровнем моря на склоне горы Пастухова в Карачаево-Черкесской Республике.

В ходе исследований астрофизики обнаружили волокна (филаменты) ионизованного газа, которые простираются далеко за пределы диска NGC 5514. Наблюдаемое распределение газа позволило предположить, что мощное излучение активного ядра когда-то ионизировало материю, захваченную в ходе взаимодействия с соседней галактикой. Поскольку характерное время затухания свечения газа равно времени прохождения света от ядра до ионизованного облака, авторы заключили, что наблюдают «ионизационное эхо».

Таким образом, они в буквальном смысле «увидели» следы предыдущей вспышки активности.

Переключение режимов: «прожектор» и «пушка»

Исследователи также систематизировали случаи, когда галактики изменяют тип активности. Например, в галактике Маркарян 783 и в Объекте Ханни (облаке газа рядом с ней, ионизированного энергией ядра) наблюдается одновременное присутствие молодого конуса ионизации и старого радиоджета. Это может указывать на переключение режимов аккреции вещества на черную дыру: в одном режиме она работает как прожектор, излучая энергию в пространство, а в другом — как пушка, «стреляющая» джетами.

По оценкам авторов публикации, само переключение между режимами происходит за характерное время около 100 тысяч лет. Вероятно, это закономерный процесс саморегуляции, когда ядро своими же выбросами меняет условия собственного «питания».

Показателен пример галактики NGC 5972, отметили исследователи, где затухающий ионизационный конус (возрастом около 50 тысяч лет) и древняя реликтовая радиструктура (возрастом десятки миллионов лет) расположены перпендикулярно друг другу. Это означает, что смена режима активности сопровождалась поворотом оси выбросов.

Помимо этого, примечательны наблюдения протяженных облаков газа, «подсвеченных» ионизацией от излучения ядра. Они позволяют получать информацию о кинематике и состоянии газа на расстояниях до 100 килопарсек — то есть далеко за пределами самой галактики.

Почему это важно

Полученные данные, сообщили ученые, имеют важное значение для моделей эволюции галактик. В частности, мощное излучение и выбросы от активного ядра способны разогревать и выдувать газ из галактики, полностью останавливая процесс рождения новых звезд. Понимание того, как долго длится активная фаза и как часто она сменяется периодами покоя, необходимо для корректного прогнозирования судьбы галактических объектов.

Как рассказали астрофизики, в настоящее время на 6-м телескопе САО РАН стартовала новая программа наблюдений за так называемыми «зелеными фасолями» — далекими объектами с мощным ионизационным эхом, которые могут находиться в редкой фазе переключения режима активности.