На протяжении более двух десятилетий квазар PHL 1811 представлял собой загадку для астрономического сообщества. Объект демонстрировал яркость в видимом и ультрафиолетовом спектре, соответствующую обычному квазару, однако интенсивность рентгеновского излучения оказалась почти в 180 раз меньше ожидаемой. Исследователи предполагали, что причина кроется в необычных процессах, происходящих вблизи супермассивной черной дыры. Однако в августе 2024 года ситуация кардинально изменилась: квазар неожиданно излучал рентгеновские лучи с обычной для таких объектов интенсивностью.

Детальное изучение архивных данных, собранных с 2001 по 2024 год, позволило ученым переосмыслить природу наблюдаемого явления. Анализ показал, что источник постоянно производил достаточное количество рентгеновского излучения. Однако большую часть времени это излучение не достигало Земли, поскольку его поглощали густые облака газа, расположенные в центральных областях квазара.

Квазары образуются в ядрах галактик, где сверхмассивная черная дыра активно притягивает окружающее вещество. Материя закручивается в аккреционный диск, постепенно приближаясь к черной дыре, разогревается и излучает колоссальное количество энергии. Аккреционный диск наиболее интенсивно светит в видимом и ультрафиолетовом диапазонах спектра.

Рентгеновское излучение главным образом возникает в корональной области — зоне экстремально горячей плазмы, расположенной неподалеку от внутренней части диска. Для большинства квазаров наблюдается четкая корреляция между интенсивностью ультрафиолетового и рентгеновского излучения. Зная мощность ультрафиолетового излучения диска, астрономы могут приблизительно предсказать количество рентгеновских фотонов, которые должна испускать корона.

PHL 1811 на протяжении десятилетий нарушал эту закономерность. Квазар находится на красном смещении z = 0,192, а масса черной дыры в его ядре составляет примерно 180 миллионов солнечных масс. Черная дыра поглощает вещество с чрезвычайно высокой скоростью, превышающей предел Эддингтона.

Предел Эддингтона определяет максимальную скорость аккреции для активно питающейся черной дыры. Чем интенсивнее вещество падает внутрь, тем выше температура окружающего газа. На определенном этапе давление излучения препятствует дальнейшему притоку материи. В случае PHL 1811 скорость аккреции настолько велика, что система превышает классический предел Эддингтона.

Спектральный анализ PHL 1811 длительное время указывал на интенсивное питание черной дыры, тогда как распределение энергии от инфракрасного до ультрафиолетового диапазона практически не отличалось от других квазаров. Аномальность проявлялась исключительно в рентгеновском диапазоне: измеренная яркость была почти в 180 раз ниже теоретических расчетов.

Ученые выдвинули две основные гипотезы. Первая предполагала, что корона действительно производит необычно малое количество рентгеновского излучения. Вторая гипотеза допускала, что рентгеновские фотоны возникают в нормальном объеме, но по пути к Земле поглощаются газом.

Первый вариант долгое время считался более вероятным. Для столь значительного ослабления рентгеновского излучения требуется наличие очень плотного вещества между короной и наблюдателем. Ранние исследования не предоставили достаточных доказательств масштабного поглощения, поэтому PHL 1811 утвердился в научной литературе как классический квазар с внутренне ослабленным рентгеновским источником.

В 2015 году появились новые факты, вызвавшие сомнения в прежней интерпретации. Космические телескопы XMM-Newton и NuSTAR зафиксировали, что основная часть рентгеновского излучения проходит через чрезвычайно плотное газовое облако. Земного наблюдателя достигала лишь незначительная часть первоначального потока. Это наблюдение позволило впервые объяснить необычную слабость объекта без предположения об ослабленной короне.

Окончательное доказательство появилось спустя девять лет. В августе 2024 года космический телескоп Einstein Probe зарегистрировал мощную рентгеновскую вспышку PHL 1811. На протяжении нескольких суток интенсивность излучения поднялась ровно до уровня, который предполагал расчет на основе ультрафиолетовой яркости квазара. За всю историю наблюдений такое явление ранее не фиксировалось.

Это поведение легко объясняется движением газовых облаков в центральной области квазара. Плотное облако на луче зрения блокирует большую часть рентгеновских фотонов. Когда облако смещается, корона становится видима, и поток рентгеновского излучения резко возрастает. Спустя несколько суток интенсивность PHL 1811 в рентгеновском диапазоне вернулась на прежний уровень, что указывает на возврат поглощающего облака на линию наблюдения.

Для проверки этой гипотезы на всей имеющейся истории объекта исследователи повторно проанализировали данные с космических телескопов Chandra, XMM-Newton, Swift и Einstein Probe, накопленные за 23 года. Рентгеновские наблюдения сопоставили с ультрафиолетовыми измерениями за аналогичные периоды времени.

До событий 2024 года рентгеновская яркость PHL 1811 оставалась очень низкой, но вовсе не постоянной. За короткие промежутки времени поток мог измениться примерно в три раза. При этом квазар практически всегда оставался значительно слабее уровня, спрогнозированного на основе ультрафиолетового излучения.

Видимая, ультрафиолетовая и инфракрасная яркость за тот же период изменялись гораздо меньше. Это свидетельствует о относительной стабильности аккреционного диска, тогда как количество достигавших земного наблюдателя рентгеновских фотонов испытывало резкие колебания.

Накопленные данные лучше согласуются с неоднородной газовой структурой, которая не полностью закрывает корону. Отдельные облака преграждают путь различным участкам рентгеновского источника, поэтому объем проходящего наружу излучения варьируется в зависимости от их расположения. Спектральные данные, полученные телескопами Chandra и XMM-Newton, также поддаются описанию моделью частичного поглощения.

Вспышка, зарегистрированная Einstein Probe, предоставила наиболее убедительное подтверждение этой версии. Корона PHL 1811 хотя бы один раз продемонстрировала рентгеновскую мощность, соответствующую наблюдаемой ультрафиолетовой яркости. Следовательно, объяснять многолетний дефицит рентгеновского излучения исключительно низкой светимостью короны становится затруднительно.

Полностью исключить возможность изменений в самой короне исследователи пока не готовы. Последующие необычные вспышки помогут окончательно проверить предложенную модель. Если когда-либо PHL 1811 превысит рентгеновскую яркость, прогнозируемую на основе стандартной корреляции с ультрафиолетовым излучением, движения поглощающего газа будет недостаточно для полного объяснения наблюдений.

По имеющимся данным за 23 года более вероятной остается версия о переменном поглощении. Квазар PHL 1811, который десятилетиями рассматривался в литературе как классический объект с внутренне ослабленным рентгеновским источником, вероятнее всего, большую часть времени наблюдался сквозь плотные неоднородные газовые облака.