Больше двадцати лет квазар PHL 1811 считали одним из главных примеров редкой космической аномалии. По яркости в видимом и ультрафиолетовом диапазонах он напоминал обычный квазар, но рентгеновского излучения от него приходило почти в 180 раз меньше, чем ожидали астрономы. Причину искали в необычной работе области возле черной дыры. В августе 2024 года прежнее объяснение пошатнулось: PHL 1811 на несколько дней засиял в рентгене с нормальной для квазара мощностью.
Астрономы собрали наблюдения PHL 1811 с 2001 по 2024 год и заново изучили всю историю его рентгеновской активности. Анализ показал , что источник, скорее всего, всегда производил достаточно рентгеновского излучения. Большую часть времени свет не доходил до Земли из-за плотных облаков газа возле центра квазара.
Квазары возникают в ядрах галактик, где сверхмассивная черная дыра активно поглощает вещество. Газ закручивается вокруг нее в аккреционный диск, постепенно движется внутрь, нагревается и выделяет огромное количество энергии. Диск особенно ярко светит в видимом и ультрафиолетовом диапазонах.
Рентгеновское излучение рождается главным образом в короне, области чрезвычайно горячей плазмы рядом с внутренней частью диска. У большинства квазаров ультрафиолетовая и рентгеновская яркость связаны между собой. Зная мощность излучения диска, астрономы могут приблизительно рассчитать, сколько рентгеновских фотонов должна испускать корона.
PHL 1811 десятилетиями нарушал привычную зависимость. Квазар находится при красном смещении z = 0,192, а масса центральной черной дыры составляет около 180 миллионов масс Солнца. Черная дыра поглощает вещество с очень высокой скоростью, превышающей расчетный предел Эддингтона.
Предел Эддингтона задает ориентир для мощности активно питающейся черной дыры. Чем интенсивнее вещество падает внутрь, тем ярче разогревается окружающий газ. В определенный момент давление излучения начинает мешать дальнейшему притоку вещества. У PHL 1811 скорость аккреции настолько велика, что система выходит за классический предел.
Видимый спектр PHL 1811 давно указывал на интенсивное питание черной дыры, а распределение энергии от инфракрасного до ультрафиолетового диапазона мало отличалось от других квазаров. Аномалия проявлялась именно в рентгене: наблюдаемая яркость была почти в 180 раз ниже расчетной.
У астрономов оставалось два основных объяснения. Корона могла действительно производить необычно мало рентгеновского излучения. Либо рентгеновские фотоны возникали в обычном количестве, но по дороге к Земле их поглощал газ.
Первый вариант долго считался более убедительным. Чтобы ослабить рентгеновское излучение настолько сильно, между короной и наблюдателем должно находиться очень плотное вещество. Ранние наблюдения не давали достаточно убедительных признаков мощного поглощения, поэтому PHL 1811 закрепился в литературе как образцовый квазар с внутренне слабым рентгеновским источником.
Новые основания для сомнений появились в 2015 году. Наблюдения космических обсерваторий XMM-Newton и NuSTAR показали, что большая часть рентгеновского излучения проходит через чрезвычайно плотный газ. До наблюдателя добиралась лишь небольшая доля исходного потока. Аномальную тусклость впервые удалось объяснить без предположения о необычно слабой короне.
Главный аргумент появился девять лет спустя. В августе 2024 года космическая обсерватория Einstein Probe зарегистрировала яркую рентгеновскую вспышку PHL 1811. На несколько дней мощность излучения поднялась именно до уровня, который следовало ожидать по ультрафиолетовой яркости квазара. Раньше за всю историю наблюдений подобного состояния не фиксировали.
Поведение хорошо объясняется движением газа возле центральной области. Плотное облако на луче зрения поглощает большую часть рентгеновских фотонов. Когда облако смещается, корона открывается и поток резко усиливается. Через несколько дней PHL 1811 снова потускнел в рентгеновском диапазоне, что согласуется с возвращением поглощающего вещества на линию наблюдения.
Чтобы проверить гипотезу на всей доступной истории объекта, астрономы повторно обработали данные Chandra, XMM-Newton, Swift и Einstein Probe за 23 года и сопоставили рентгеновские наблюдения с ультрафиолетовыми измерениями за те же периоды.
До вспышки 2024 года рентгеновская яркость PHL 1811 оставалась очень низкой, но далеко не постоянной. За несколько дней поток мог измениться примерно втрое. При этом квазар почти всегда оставался значительно слабее уровня, рассчитанного по ультрафиолетовому излучению.
Видимая, ультрафиолетовая и инфракрасная яркость в течение тех же лет менялась гораздо слабее. Значит, аккреционный диск работал относительно стабильно, пока количество доходивших до Земли рентгеновских фотонов резко колебалось.
Данные лучше согласуются с неоднородным газом, который закрывает корону не целиком. Отдельные облака перекрывают разные участки рентгеновского источника, поэтому количество проходящего наружу излучения меняется вместе с их положением. Спектры, полученные Chandra и XMM-Newton, также удалось описать моделью частичного покрытия.
Вспышка Einstein Probe дала особенно важную проверку этой версии. Корона PHL 1811 хотя бы один раз показала рентгеновскую мощность, которую и должна иметь при наблюдаемой ультрафиолетовой яркости. Значит, объяснять многолетнюю слабость исключительно неспособностью короны производить достаточно рентгеновского излучения уже трудно.
Полностью исключать изменения самой короны исследователи пока не могут. Следующая необычная вспышка поможет проверить модель. Если PHL 1811 когда-нибудь превысит рентгеновскую яркость, рассчитанную по обычной связи с ультрафиолетовым излучением, одного движения поглощающего газа для объяснения наблюдений будет недостаточно.
Пока данные за 23 года указывают на переменное поглощение. PHL 1811, который десятилетиями считали классическим квазаром с внутренне слабым рентгеновским излучением, вероятнее всего, большую часть времени наблюдали через плотные неоднородные облака газа.