Все небо наполнено рассеянным, высокоэнергетическим свечением: космический рентгеновский фон. В последние годы астрономы могли показать, что это излучение практически полностью может быть связано с отдельными объектами. Точно так же Галилей Галилей в начале 17-го века разрешил свет Млечного Пути в отдельные звезды. Рентгеновский фон исходит из сотен миллионов сверхмассивных черных дыр, которые питаются веществом в центрах далеких галактических систем. Поскольку черные дыры накапливают массу, мы наблюдаем их на рентгеновском фоне во время фазы роста. В современной Вселенной массивные Черные дыры находятся в центрах практически всех близлежащих галактик.
Когда материя устремляется в бездну Чёрной Дыры, она движется вокруг космического водоворота почти со скоростью света и нагревается настолько сильно, что испускает свой «последний крик помощи» в виде излучения высокой энергии перед исчезает навсегда. Поэтому предположительно невидимые черные дыры являются одними из самых ярких объектов во вселенной, если они хорошо питаются в центрах так называемых активных галактик. Химические элементы в материи испускают рентгеновские лучи с характерной длиной волны и поэтому могут быть идентифицированы по их спектральному отпечатку. Атомы элемента железа являются особенно полезным диагностическим инструментом, потому что этот металл наиболее распространен в космосе и наиболее интенсивно излучает при высоких температурах.
Подобно радарным ловушкам, с помощью которых полиция выявляет ускоряющиеся автомобили, релятивистские скорости атомов железа, окружающих Черную дыру, можно измерить по изменению длины волны их света. Однако благодаря сочетанию эффектов, предсказанных специальной и общей теорией относительности Эйнштейна, характерно расширяется асимметричный профиль линии, то есть размытый отпечаток пальца ожидается в рентгеновском свете черных дыр. Специальная теория относительности постулирует, что движущиеся часы работают медленно, а общая теория относительности предсказывает, что часы работают медленно в окрестностях больших масс. Оба эффекта приводят к смещению света, излучаемого атомами железа, в длинноволновую часть электромагнитного спектра. Однако, если мы наблюдаем, как материя кружится в так называемом «аккреционном диске» (рис. 1) сбоку, свет от атомов, летящих к нам, кажется смещенным в сторону более коротких длин волн и намного ярче, чем тот, который удаляется от нас. Эти эффекты Относительности тем сильнее, чем ближе материя достигает черной дыры. Из-за искривленного пространства-времени они наиболее сильны в быстро вращающихся черных дырах. В последние годы измерения релятивистских железных линий стали возможны в нескольких близлежащих галактиках - впервые в 1995 году с помощью японского спутника ASCA.
Сейчас исследователи вокруг Гинтера Хасингера из Института инопланетной физики им. Макса Планка совместно с группой Ксавье Барконов в Испанском институте естественных наук Кантабрии в Сантандере и Энди Фабианом из Института астрономии в Кембридже, Великобритания раскрыли релятивистски размытый отпечаток атомов железа в среднем рентгеновском свете около 100 удаленных черных дыр рентгеновского фона (рис. 2). Астрофизики использовали рентгеновскую обсерваторию XMM-Newton Европейского космического агентства ESA. Они направили прибор на поле в созвездии Большой Медведицы более чем на 500 часов и обнаружили несколько сотен слабых рентгеновских источников.
Из-за расширения Вселенной галактики удаляются от нас со скоростью, растущей с увеличением их расстояния, и, следовательно, их спектральные линии появляются на разной длине волны; Астрономы должны были сначала исправить рентгеновский свет всех объектов в остальной части Млечного Пути. Необходимые измерения расстояния для более чем 100 объектов были получены с помощью американского Keck-Telescope. После добавления света от всех объектов, исследователи были очень удивлены неожиданно большим сигналом и характерно расширенной формой железной линии.
Из силы сигнала они вывели долю атомов железа в аккрецируемой материи. Удивительно, но химическое содержание железа в «питании» этих относительно молодых черных дыр примерно в три раза выше, чем в нашей Солнечной системе, которая была создана значительно позже. Поэтому центры галактик в ранней Вселенной должны были иметь особенно эффективный метод производства железа, возможно, потому, что насильственная звездообразующая деятельность довольно быстро «размножает» химические элементы в активных галактиках. Ширина линии указала на то, что атомы железа должны излучаться довольно близко к черной дыре, что согласуется с быстро вращающимися черными дырами. Этот вывод также косвенно обнаруживают другие группы, которые сравнивали энергию на рентгеновском фоне с общей массой «спящих» черных дыр в близлежащих галактиках.
Первоисточник: Пресс-релиз Общества Макса Планка
Хотите обновить фон рабочего стола вашего компьютера? Вот несколько черных фоновых картинок.
