Удивительное открытие: как ученые обнаружили 8 источников эха черных дыр
Считается, что черные дыры, которые образовались в результате коллапса массивного звездного ядра, довольно распространены в Млечном Пути. По галактике дрейфует до миллиарда подобных объектов, но их довольно трудно обнаружить; на сегодняшний день мы определили только несколько. Это потому, что, если они не активны, они не излучают никакого излучения, а значит и обнаружить их не представляется возможным. Фактически, они просто невидимы.
Однако, когда черные дыры активны, это совсем другая история. Активная черная дыра — это та, которая заманила что-то в свою гравитационную паутину и постепенно пожирает это.
Материал образует аккреционный диск из пыли и газа, кружащийся вокруг черной дыры и падающий в нее, подобно тому, как вода циркулирует и стекает в канализацию. Безумные фрикционные и гравитационные взаимодействия генерируют сильное тепло и свет, заставляя область вокруг черной дыры светиться.
В редких черных дырах мы также можем наблюдать в действии необычное явление. Время от времени область внутри края аккреционного диска, ближайшая к активной сверхмассивной черной дыре, ярко вспыхивает — когда эта вспышка света достигает пыли, она отражается обратно — в форме т.е. «эхо».
Как изучают эхо черных дыр
Под руководством астрофизика Цзиньи Вана из Массачусетского технологического института группа исследователей использовала новый автоматизированный инструмент под названием «Машина реверберации», чтобы просмотреть все архивные данные рентгеновской обсерватории NICER НАСА в поисках контрольных признаков эхо-сигналов черных дыр.
Этот поиск выявил восемь двойных систем, содержащих черную дыру, с двойной звездой-компаньоном, которая постепенно лишается и пожирается черной дырой.
«Мы видим новые признаки реверберации в восьми источниках», — говорит Ван. «Черные дыры имеют массу от пяти до 15 масс Солнца, и все они находятся в двойных системах с нормальными маломассивными звездами, подобными Солнцу».
Хотя это редкое эхо, оно может многое рассказать нам об окружающей среде вокруг черной дыры. Свет может быть проанализирован как от первоначального выброса, так и от эха, чтобы измерить пространство между черной дырой и пылью, подобно тому, как летучая мышь использует эхолокацию для навигации по своему окружению.
Эхо черных дыр также можно использовать для изучения того, как меняются корона черной дыры и аккреционный диск по мере «питания» черной дыры. Корона — это область раскаленных электронов между внутренним краем аккреционного диска и горизонтом событий.
Как дыры излучают «эхо»
Команда проанализировала 10 излучающих рентгеновское излучение бинарных систем и выявила ряд любопытных закономерностей.
Во-первых, черная дыра запускается в «жестком» состоянии, создавая корону и испуская высокоскоростные струи плазмы из областей над ее полюсами. Когда эти процессы доминируют в энергетическом профиле черной дыры, временные интервалы между рентгеновскими всплесками и их эхом короткие, порядка миллисекунд.
Это состояние длится несколько недель, после чего переходит в «мягкую» форму, в которой преобладают низкоэнергетические рентгеновские лучи аккреционного диска. Во время этого перехода временные интервалы между вспышками и эхом удлиняются.
Поскольку скорость света постоянна, это растущее отставание во времени предполагает, что расстояние между короной и диском увеличивается.
Команда считает, что это может означать, что корона расширяется вверх и наружу по мере того, как событие кормления прекращается, а черная дыра успокаивается, пока не начнется следующее безумное кормление материей, лишенной ее звездного компаньона.
Судя по всему, результаты исследования помогут понять принципы работы не только небольших черных дыр, но и сверхмассивных «бегемотов», которые можно найти в ядрах галактик. Это, в свою очередь, может помочь нам лучше понять эволюцию Вселенной.
Астрономы недавно идентифицировали в Млечном Пути восемь новых примеров эхо-отзвуков черных дыр. Ранее в нашей галактике были известны лишь два таких явления.