|
Вспышки черной дыры таинственным образом ускоряются
|
|
|
|
Одна сверхмассивная черная дыра приковала внимание астрономов к своим объектам в течение последних нескольких лет. Сначала произошло неожиданное исчезновение, а теперь - опасное вращение. Черная дыра, о которой идет речь, - это 1ES 1927+654, которая по массе примерно равна миллиону солнц и находится в галактике, удаленной от нас на 100 миллионов световых лет.
|
|
|
|
В 2018 году астрономы Массачусетского технологического института (MIT) и других организаций наблюдали, как корона черной дыры — облако вращающейся, раскаленной добела плазмы - внезапно исчезла, а затем вновь собралась несколько месяцев спустя. Кратковременное, но драматичное отключение стало первым случаем в астрономии черных дыр.
|
|
|
|
Теперь члены команды Массачусетского технологического института засекли ту же черную дыру, демонстрирующую еще более беспрецедентное поведение.
|
|
|
|
Астрономы зафиксировали вспышки рентгеновского излучения, исходящие от черной дыры с постоянно увеличивающейся частотой. В течение двух лет частота вспышек, частота которых колебалась в миллигерцах, увеличилась с каждых 18 минут до каждых семи минут. До сих пор такое резкое ускорение рентгеновского излучения черной дыры не наблюдалось.
|
|
|
|
|
|
|
Исследователи изучили несколько сценариев того, что могло бы объяснить эти вспышки. Они полагают, что наиболее вероятным виновником является вращающийся белый карлик — чрезвычайно компактное ядро мертвой звезды, которое вращается вокруг черной дыры и опасно приближается к ее горизонту событий, границе, за которой ничто не может избежать гравитационного притяжения черной дыры.
|
|
|
|
Если это так, то белый карлик, должно быть, демонстрирует впечатляющее равновесие, поскольку он может приближаться прямо к краю черной дыры, фактически не падая в нее.
|
|
|
|
"Это было бы самое близкое к тому, что мы знаем о какой-либо черной дыре", - говорит Меган Мастерсон, аспирантка физического факультета Массачусетского технологического института, которая руководила открытием. "Это говорит нам о том, что такие объекты, как белые карлики, могут находиться очень близко к горизонту событий в течение относительно длительного периода времени".
|
|
|
|
Исследователи представят свои результаты на 245-м заседании Американского астрономического общества в Нэшнл-Харбор, штат Мэриленд, и опубликуют их в статье в журнале Nature. Результаты также опубликованы на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
Если причиной загадочного мигания черной дыры является белый карлик, он также будет испускать гравитационные волны в диапазоне, который будет обнаружен обсерваториями нового поколения, такими как космическая антенна лазерного интерферометра НАСА (LISA).
|
|
|
|
"Эти новые детекторы предназначены для обнаружения колебаний в масштабе минут, так что эта система черных дыр находится в самом выгодном положении", - говорит соавтор исследования Эрин Кара, доцент физики Массачусетского технологического института.
|
|
|
|
Среди других соавторов исследования - сотрудники Массачусетского технологического института Kavli Кристос Панайоту, Джохин Чакраборти, Кевин Бердж, Риккардо Аркодиа, Рональд Ремиллард и Цзиньи Ван, а также сотрудники из множества других учреждений.
|
|
Ничего нормального
|
|
|
|
Кара и Мастерсон были частью команды, наблюдавшей 1ES 1927+654 в 2018 году, когда корона черной дыры потемнела, а затем со временем медленно восстановилась. Некоторое время вновь образованная корона — облако высокоэнергетической плазмы и рентгеновских лучей - была самым ярким объектом, излучающим рентгеновские лучи, на небе.
|
|
|
|
"Он по-прежнему был необычайно ярким, хотя в течение пары лет не вносил ничего нового и как бы "клокотал". Но мы чувствовали, что должны продолжать следить за ним, потому что это было так красиво", - говорит Кара. "Затем мы заметили то, чего никогда раньше не видели".
|
|
|
|
В 2022 году команда изучила данные наблюдений за черной дырой, сделанные XMM-Newton Европейского космического агентства, космической обсерваторией, которая обнаруживает и измеряет рентгеновское излучение черных дыр, нейтронных звезд, скоплений галактик и других экстремальных космических источников. Они заметили, что рентгеновские лучи, исходящие от черной дыры, по-видимому, пульсируют с возрастающей частотой.
|
|
|
|
Такие "квазипериодические колебания" наблюдались лишь в нескольких других сверхмассивных черных дырах, где рентгеновские вспышки появляются с постоянной частотой.
|
|
|
|
В случае с 1ES 1927+654 мерцание, по-видимому, неуклонно увеличивалось, с каждых 18 минут до каждых семи минут в течение двух лет.
|
|
|
|
"Мы никогда не видели такой резкой изменчивости частоты, с которой оно мигает", - говорит Мастерсон. "Это абсолютно не похоже на обычную черную дыру".
|
|
|
|
Тот факт, что вспышка была обнаружена в рентгеновском диапазоне, указывает на высокую вероятность того, что источник находится где-то очень близко к черной дыре. Самые внутренние области черной дыры - это среда с чрезвычайно высокой энергией, где рентгеновские лучи генерируются быстро движущейся горячей плазмой.
|
|
|
|
Рентгеновские лучи с меньшей вероятностью будут видны на больших расстояниях, где газ может циркулировать медленнее в аккреционном диске. Более холодная среда диска может излучать оптический и ультрафиолетовый свет, но редко испускает рентгеновские лучи.
|
|
|
|
"Если вы видите что-то в рентгеновских лучах, это уже говорит о том, что вы очень близки к черной дыре", - говорит Кара. "Когда вы видите изменчивость в масштабе минут, это близко к горизонту событий, и первое, что приходит вам в голову, - это движение по кругу и вопрос о том, может ли что-то вращаться вокруг черной дыры".
|
|
|
|
Рентгеновский всплеск
|
|
|
|
Что бы ни вызывало рентгеновские вспышки, оно происходило на чрезвычайно близком расстоянии от черной дыры, которая, по оценкам исследователей, находится в пределах нескольких миллионов миль от горизонта событий.
|
|
|
|
Мастерсон и Кара исследовали модели различных астрофизических явлений, которые могли бы объяснить наблюдаемые ими рентгеновские лучи, включая возможность, связанную с короной черной дыры.
|
|
|
|
"Одна из идей заключается в том, что эта корона колеблется, возможно, движется взад-вперед, и если она начинает сжиматься, то эти колебания ускоряются по мере уменьшения масштаба", - говорит Мастерсон. "Но мы находимся на очень ранней стадии понимания корональных колебаний".
|
|
|
|
Более вероятный сценарий, который ученые лучше понимают с точки зрения физики, связан с появлением белого карлика-сорвиголовы.
|
|
|
|
"Эти объекты действительно маленькие и довольно компактные, и мы предполагаем, что это белый карлик, который приближается так близко к черной дыре", - говорит Мастерсон.
|
|
|
|
Согласно результатам моделирования, масса белого карлика, по оценкам исследователей, могла составлять примерно одну десятую массы Солнца. Напротив, масса самой сверхмассивной черной дыры составляет порядка 1 миллиона солнечных масс.
|
|
|
|
Ожидается, что когда какой-либо объект приближается к сверхмассивной черной дыре, испускаются гравитационные волны, которые притягивают объект ближе к черной дыре. По мере приближения белый карлик движется с большей скоростью, что может объяснить увеличение частоты рентгеновских колебаний, которые наблюдала команда.
|
|
|
|
Белый карлик находится практически на краю пропасти, откуда нет возврата, и, по оценкам, находится всего в нескольких миллионах миль от горизонта событий. Однако исследователи предсказывают, что звезда в него не упадет.
|
|
|
|
В то время как гравитация черной дыры может притягивать белого карлика внутрь, звезда также сбрасывает часть своего внешнего слоя в черную дыру. Это сбрасывание действует как небольшой толчок назад, так что белый карлик - сам по себе невероятно компактный объект — может сопротивляться пересечению границы черной дыры.
|
|
|
|
"Поскольку белые карлики маленькие и компактные, их очень трудно разделить на части, поэтому они могут находиться очень близко к черной дыре", - говорит Кара. "Если этот сценарий верен, то этот белый карлик находится как раз в точке разворота, и мы можем увидеть, как он удаляется".
|
|
|
|
Команда планирует продолжить наблюдение за системой с помощью существующих и будущих телескопов, чтобы лучше понять экстремальную физику, которая работает в самых сокровенных средах черной дыры. Они особенно заинтересованы в изучении системы после запуска космического гравитационно-волнового детектора LISA, который в настоящее время запланирован на середину 2030-х годов, поскольку гравитационные волны, которые должна испускать система, будут находиться в оптимальном диапазоне, который LISA сможет четко обнаружить.
|
|
|
|
"Единственное, чему я научился, работая с этим источником, - это никогда не прекращать его просматривать, потому что он, вероятно, научит нас чему-то новому", - говорит Мастерсон. "Следующий шаг - просто держать глаза открытыми".
|
|
|
|
Источник
|
