Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики – The Universe Times | 24.04.2019

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Прибор NICER выявил световое эхо чёрной дыры MAXI J1820+070

Учёные создали карту окружающей среды вокруг чёрной дыры, масса которой в десять раз превышает массу Солнца. Такого результата удалось добиться благодаря использованию научного комплекса Neutron star Interior Composition Explorer (NICER), установленного на борту Международной космической станции. NICER зафиксировал рентгеновские лучи, исходящие от недавно обнаруженной чёрной дыры под названием MAXI J1820+070 (J1820 если коротко), во время поглощения вещества от её звезды-компаньона. Волны рентгеновского излучения сформировали “световое эхо”, которое отразилось от газа вблизи дыры, что и позволило выявить изменения в размерах и форме окружающей среды.

“В этот раз нам удалось лучше, чем когда-либо прежде, измерить световое эхо в непосредственной близости от чёрной дыры звездной массы. Раньше эти световые переотражения от внутреннего аккреционного диска наблюдались только в сверхмассивных чёрных дырах, масса которых составляет миллионы и миллиарды солнечных, а сами они претерпевают медленные изменения. Чёрные дыры, такие как J1820, имеют гораздо меньшую массу и развиваются гораздо быстрее, поэтому мы можем видеть изменения, происходящие в масштабах человеческого времени”, – Эрин Кара, астрофизик из Университета Мэриленда, Колледж-парка и Центра космических полетов Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, которая представила эти результаты на 233-м заседании Американского астрономического общества в Сиэтле.

Документ, описывающий результаты, 10 января 2019 года появился в журнале Nature и доступен онлайн.

Чёрная дыра

На этой иллюстрации показана недавно обнаруженная чёрная дыра MAXI J1820+070, перетягивающая материал от соседней звезды в аккреционный диск. Над диском находится область субатомных частиц, называемая короной. Источник: Aurore Simonnet and NASA’s Goddard Space Flight Center

J1820 находится примерно в 10000 световых годах от нас созвездия Льва. Звезда-спутник в этой системе была идентифицирована в ходе исследования миссии “Гайя” Европейского Космического Агентства, что и позволило исследователям оценить расстояние до неё. Астрономы не знали о присутствии чёрной дыры вплоть до 11 марта 2018 года, когда была замечена яркая вспышка детектором рентгеновского излучения всего неба MAXI Японского агентства аэрокосмических исследований, который также установлен на борту МКС. За несколько дней объект J1820 прошёл путь от совершенно неизвестной чёрной дыры до одного из самых ярких источников в рентгеновском небе. NICER был быстро переведён к наблюдению этого драматического перехода и до сих пор продолжает наблюдать уже за исчезающим выбросом.

“NICER был разработан, чтобы быть достаточно чувствительным для изучения слабых, невероятно плотных объектов, называемых нейтронными звёздами. Мы очень рады тому, что прибор доказал свою работоспособность и при изучении очень ярких чёрных дыр звездной массы”, – Завен Арзуманян, главный учёный NICER и соавтор статьи.

Чёрная дыра может перекачивать газ из соседней звезды-компаньона в кольцо вещества вокруг себя, называемое аккреционным диском. Гравитационные и магнитные силы нагревают этот диск до миллионов градусов, делая его достаточно горячим, чтобы производить рентгеновские лучи на внутренних частях вблизи чёрной дыры. Периодически происходят всплески, когда нестабильность в диске заставляют поток газа двигаться внутрь, к дыре. Это явление принимает лавинообразный характер. Причины же нестабильности диска пока плохо изучены.

Над диском находится корона, то есть область субатомных частиц при температуре около 1 миллиарда градусов Цельсия, которая светится в рентгеновских лучах более высоких энергий. О происхождении и эволюции короны также известно очень мало. Некоторые теории предполагают, что эта структура может представлять собой раннюю форму высокоскоростных струй частиц, которые часто испускают системы этого типа.

Астрофизики хотят лучше понять то, как внутренний край аккреционного диска и корона над ним изменяются в размерах и форме по мере того, как чёрная дыра срастается с материалом звезды-компаньона. Если бы можно было понять, как и почему эти изменения в течение нескольких недель происходят в чёрных дырах звёздной массы, учёные могли бы пролить свет на то, как сверхмассивные чёрные дыры развиваются в течение миллионов лет и как они влияют на галактики, в которых они располагаются.

Один из методов, используемых для отображения этих изменений, называется рентгеновским реверберационным отображением, который использует рентгеновские данные практически так же, как сонар использует звуковые волны для отображения подводной среды. Некоторые рентгеновские лучи, исходящие от короны, направляются прямо к нам, в то время как другие освещают диск и отражаются с разными энергиями и углами.

Рентгеновское реверберационное отображение сверхмассивных чёрных дыр показало, что внутренний край аккреционного диска очень близок к горизонту событий – точке невозврата. Корона также компактна, она расположена ближе к чёрной дыре, а не над большей частью аккреционного диска. Однако предыдущие наблюдения рентгеновских эхо-сигналов от чёрных дыр звёздной массы показали, что внутренний край аккреционного диска может быть расположен довольно далеко, до нескольких сотен раз больше горизонта событий.

Когда учёные изучили данные наблюдений NICER за J1820, то наблюдали уменьшение задержки или времени задержки между начальной вспышкой рентгеновских лучей, поступающих непосредственно из короны, и эхом вспышки от диска. Это указывает на то, что рентгеновские лучи проходили всё меньшее и меньшее расстояние, прежде чем они были отражены. Они подсчитали, что на расстоянии в 10000 световых лет корона сжимается в вертикальной проекции примерно от 160 до 16 километров.

“Это было впервые, когда мы видели доказательства того, что корона сжимается во время этой конкретной фазы эволюции всплеск. Корона всё ещё довольно загадочна, и у нас есть смутное понимание того, чем она является. Но теперь у нас есть доказательства того, что в системе развивается структура самой короны”, – соавтор Джек Штайнер, астрофизик из Института астрофизики и космических исследований в Кембридже Массачусетского Технологического института.

Чтобы подтвердить, что уменьшение времени задержки было вызвано изменением короны, а не диска, исследователи использовали сигнал, называемый K-линией железа. Она возникает, когда рентгеновские лучи от короны сталкиваются с атомами железа в диске, заставляя их флуоресцировать. Время течёт медленнее в более сильных гравитационных полях и с более высокими скоростями, как говорится об этом в теории относительности Эйнштейна. Когда атомы железа, ближайшие к чёрной дыре, бомбардируются светом из ядра короны, рентгеновские волны, которые они излучают, растягиваются, потому что время для них движется медленнее, чем для наблюдателя (в данном случае NICER).

Команда учёных обнаружила, что растянутая K-линия железа в объекте J1820 остаётся постоянной. Это означает, что внутренний край диска остаётся близко к чёрной дыре — также происходит и у сверхмассивных чёрных дыр. Если бы уменьшение времени запаздывания было вызвано тем, что внутренний край диска двигался ещё дальше внутрь, то линия K растянулась бы ещё больше.

Эти наблюдения дают учёным новое понимание того, как вещество поступает в чёрную дыру и как в результате этого процесса высвобождается энергия.

“Наблюдения NICER за J1820 научили нас чему-то новому в понимании чёрных дыр звёздной массы и того, как мы можем использовать их в качестве аналогов для изучения сверхмассивных чёрных дыр и их влияния на формирование галактик. За первый год работы NICER мы обнаружили четыре подобных события, и это замечательно. Такое чувство, что мы стоим на пороге огромного прорыва в рентгеновской астрономии”, – соавтор Филип Аттли, астрофизик из Амстердамского университета.

По информации НАСА.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google