В прошлом году астрономы обнаружили в далекой галактике спокойную черную дыру, которая прорвалась после измельчения и поглощения проходящей звезды. Теперь исследователи определили характерный рентгеновский сигнал, наблюдаемый в последующие дни после вспышки, исходящей от вещества на грани падения в черную дыру.
Этот контрольный сигнал, называемый квазипериодическим колебанием или QPO, является характерной особенностью аккреционных дисков, которые часто окружают самые компактные объекты во вселенной - белые карликовые звезды, нейтронные звезды и черные дыры. QPO были замечены во многих черных дырах звездной массы, и есть обнадеживающие доказательства их существования в нескольких черных дырах, у которых средняя масса может быть в 100-100 000 раз больше массы Солнца.
До нового открытия QPO были обнаружены только вокруг одной сверхмассивной черной дыры - типа, содержащего миллионы солнечных масс и расположенного в центрах галактик. Этим объектом является галактика типа Сейферта REJ 1034 + 396, которая на расстоянии 576 миллионов световых лет находится относительно близко.
«Это открытие расширяет нашу досягаемость до самого внутреннего края черной дыры, расположенной в миллиардах световых лет от нас, что действительно удивительно. Это дает нам возможность исследовать природу черных дыр и проверить относительность Эйнштейна в то время, когда Вселенная сильно отличалась от сегодняшней », - сказал Рубенс Рейс, научный сотрудник Эйнштейна в Мичиганском университете в Анн-Арборе. Рейс возглавил команду, которая обнаружила сигнал QPO, используя данные с орбитальных телескопов Suzaku и XMM-Newton. Об этом говорится в статье, опубликованной сегодня в Science Express.
Источник рентгеновского излучения, известный как Swift J1644 + 57 - после его астрономических координат в созвездии Драко - был обнаружен 28 марта 2011 года спутником НАСА Swift. Первоначально предполагалось, что это более распространенный тип вспышки, называемый гамма-всплеском, но его постепенное затухание не соответствовало ничему, что было замечено ранее. Вскоре астрономы сошлись во мнении о том, что то, что они видели, было следствием действительно необычного события - пробуждения дремлющей черной дыры далекой галактики, когда она растрескалась и поглотила проходящую звезду. Галактика настолько далеко, что свет от этого события должен был пройти 3,9 миллиарда лет, прежде чем достигнуть Земли.
Информация о видео: 28 марта 2011 года НАСА «Свифт» обнаружило интенсивные рентгеновские вспышки, предположительно вызванные черной дырой, пожирающей звезду. В одной модели, показанной здесь, подобная солнцу звезда на эксцентричной орбите врезается слишком близко к центральной черной дыре галактики. Около половины массы звезды питает аккреционный диск вокруг черной дыры, которая, в свою очередь, питает струю частиц, излучающую излучение на Землю. Предоставлено: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА / Лаборатория концептуальных изображений.
Звезда испытала интенсивные приливы, когда она достигла своей самой близкой точки к черной дыре и была быстро разорвана на части. Часть его газа упала в сторону черной дыры и образовала вокруг нее диск. Внутренняя часть этого диска была быстро нагрета до температуры в миллионы градусов, достаточно горячей, чтобы излучать рентгеновские лучи. В то же время, благодаря процессам, еще не до конца понятным, противоположно направленные струи, перпендикулярные диску, образовались вблизи черной дыры. Эти струи взорвали вещество наружу со скоростями, превышающими 90 процентов скорости света вдоль оси вращения черной дыры. Одна из этих струй только что указала прямо на Землю.
Через девять дней после вспышки Рейс, Штромайер и их коллеги наблюдали за Swift J1644 + 57 с использованием рентгеновского спутника Suzaku, управляемого Японским агентством аэрокосмических исследований при участии НАСА. Примерно через десять дней они начали более длительную кампанию мониторинга с использованием обсерватории XMM-Newton Европейского космического агентства.
«Поскольку вещество в струе двигалось так быстро и находилось под углом почти к нашему лучу зрения, эффекты относительности настолько усилили его рентгеновский сигнал, что мы могли бы уловить QPO, который в противном случае было бы трудно обнаружить на таком большом расстоянии. », - сказал Тод Строхмайер, астрофизик и соавтор исследования в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.
Поскольку горячий газ в самом внутреннем диске спиральн к черной дыре, он достигает точки, которую астрономы называют самой стабильной круговой орбитой (ISCO). Все ближе к черной дыре и газ быстро погружается в горизонт событий, точка невозврата. Внутренний спиральный газ имеет тенденцию накапливаться вокруг ISCO, где он сильно нагревается и излучает поток рентгеновских лучей. Яркость этих рентгеновских лучей изменяется по схеме, которая повторяется с почти регулярным интервалом, создавая сигнал QPO.
Данные показывают, что QPO Swift J1644 + 57 циклически повторяется каждые 3,5 минуты, в результате чего его исходная область находится на расстоянии от 2,2 до 5,8 миллиона миль (от 4 до 9,3 миллиона км) от центра черной дыры, причем точное расстояние зависит от скорости черной дыры. вращается Чтобы поместить это в перспективу, максимальное расстояние только приблизительно в 6 раз больше диаметра нашего Солнца. Расстояние от области QPO до горизонта событий также зависит от скорости вращения, но для черной дыры, вращающейся с максимальной скоростью, допускаемой теорией, горизонт находится как раз внутри ISCO.
«QPO посылают нам информацию с самого края черной дыры, где эффекты относительности становятся наиболее экстремальными», - сказал Рейс. «Возможность получить представление об этих процессах на таком огромном расстоянии - действительно прекрасный результат и имеет большие перспективы».
Заголовок основного изображения. На этом рисунке показаны основные особенности Swift J1644 + 57 и обобщено, что астрономы узнали об этом. Предоставлено: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА.
