|
Черная дыра Млечного Пути постоянно излучает свет
|
|
|
|
Сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути, похоже, устраивает вечеринку — и это странно, дико и чудесно. Используя космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА (JWST), команда астрофизиков, возглавляемая Северо-Западным университетом, получила самое продолжительное и детальное представление о пустоте, которая скрывается в центре нашей галактики.
|
|
|
|
Исследователи обнаружили, что вращающийся газопылевой диск (или аккреционный диск), вращающийся вокруг центральной сверхмассивной черной дыры, называемой Стрелец А*, испускает постоянный поток вспышек без периодов покоя. В то время как некоторые вспышки являются слабыми вспышками, длящимися всего несколько секунд, другие представляют собой ослепительно яркие извержения, которые происходят ежедневно.
|
|
|
|
Бывают и еще более слабые вспышки, которые длятся месяцами. Уровень активности варьируется в широком диапазоне времени — от коротких перерывов до длительных периодов.
|
|
|
|
Новые результаты могут помочь физикам лучше понять фундаментальную природу черных дыр, то, как они взаимодействуют с окружающей средой, а также динамику и эволюцию нашего собственного галактического дома.
|
|
|
|
|
|
|
Исследование "Непрерывная изменчивость Sgr A* с использованием JWST на длинах волн 2,1 и 4,8 микрона: доказательства наличия различных групп слабого и яркого переменного излучения" опубликовано в Astrophysical Journal Letters.
|
|
|
|
"Вспышки, как ожидается, происходят практически во всех сверхмассивных черных дырах, но наша черная дыра уникальна", - сказал Фархад Юсеф-Заде из Northwestern, возглавлявший исследование.
|
|
|
|
"Она всегда кипит от активности и, кажется, никогда не достигает устойчивого состояния. Мы наблюдали черную дыру несколько раз в течение 2023 и 2024 годов и заметили изменения в каждом наблюдении. Каждый раз мы видели что-то новое, что действительно примечательно. Ничто никогда не оставалось прежним."
|
|
|
|
Юсеф-Заде, специалист по центру Млечного Пути, является профессором физики и астрономии в Северо-Западном колледже искусств и наук имени Вайнберга. В международную команду соавторов входят Говард Бушауз из Научного института космических телескопов, Ричард Арендт из НАСА, Марк Уордл из Университета Маккуори в Австралии, Джозеф Майкл из Гарварда и Смитсоновского института и Клэр Чандлер из Национальной радиоастрономической обсерватории.
|
|
|
|
Случайный фейерверк
|
|
|
|
Для проведения исследования Юсеф-Заде и его команда использовали камеру ближнего инфракрасного диапазона JWST (NIRCam), которая может одновременно наблюдать два инфракрасных цвета в течение длительного времени. С помощью этого инструмента исследователи наблюдали за Стрельцом А* в общей сложности 48 часов — с интервалом в 8-10 часов в течение одного года. Это позволило ученым проследить, как черная дыра менялась с течением времени.
|
|
|
|
В то время как Юсеф-Заде ожидал увидеть вспышки, Стрелец А* оказался более активным, чем он ожидал. Проще говоря, наблюдения показали продолжающиеся фейерверки различной яркости и продолжительности. Аккреционный диск, окружающий черную дыру, генерировал от пяти до шести крупных вспышек в день и несколько небольших промежуточных вспышек между ними.
|
|
|
|
"В наших данных мы видели постоянно меняющуюся, бурлящую яркость", - сказал Юсеф-Заде. "А затем - бум! Внезапно произошел сильный всплеск яркости. Затем все снова стихло. Мы не смогли найти закономерности в этой активности. Это выглядит случайным образом. Профиль активности черной дыры каждый раз был новым и захватывающим, когда мы на него смотрели".
|
|
В игре участвовали два отдельных процесса
|
|
|
|
Хотя астрофизики еще не до конца понимают суть происходящих процессов, Юсеф-Заде подозревает, что за короткие и более продолжительные вспышки ответственны два отдельных процесса. Если аккреционный диск представляет собой реку, то короткие, слабые вспышки похожи на мелкую рябь, которая случайным образом колеблется на поверхности реки. Однако более длинные и яркие вспышки больше похожи на приливные волны, вызванные более значительными событиями.
|
|
|
|
Юсеф-Заде утверждает, что незначительные возмущения в аккреционном диске, вероятно, вызывают слабое мерцание. В частности, турбулентные колебания внутри диска могут сжимать плазму (горячий, электрически заряженный газ), вызывая временный всплеск излучения. Юсеф-Заде сравнивает это событие со вспышкой на солнце.
|
|
|
|
"Это похоже на то, как магнитное поле Солнца собирается воедино, сжимается, а затем вызывает солнечную вспышку", - пояснил он. "Конечно, эти процессы более драматичны, потому что окружающая среда вокруг черной дыры гораздо более энергична и гораздо более экстремальна. Но поверхность Солнца также кипит от активности".
|
|
|
|
Юсеф-Заде объясняет большие и яркие вспышки событиями магнитного пересоединения — процессом, при котором два магнитных поля сталкиваются, высвобождая энергию в виде ускоренных частиц. Перемещаясь со скоростями, близкими к скорости света, эти частицы испускают яркие вспышки излучения.
|
|
|
|
"Событие магнитного переподключения похоже на искру статического электричества, которая, в некотором смысле, также является "электрическим переподключением", - сказал Юсеф-Заде.
|
|
|
|
Двоение в глазах
|
|
|
|
Поскольку камера NIRCam JWST может одновременно наблюдать на двух разных длинах волн (2,1 и 4,8 мкм), Юсеф-Заде и его сотрудники смогли сравнить, как меняется яркость вспышек с каждой длиной волны. Юсеф-Заде сказал, что улавливать свет на двух длинах волн - все равно что "видеть в цвете, а не в черно-белом".
|
|
|
|
Наблюдая за Стрельцом А* в нескольких длинах волн, он получил более полную и детализированную картину его поведения.
|
|
|
|
И снова исследователи были удивлены. Неожиданно они обнаружили, что события, наблюдаемые на более коротких длинах волн, немного изменили яркость перед событиями на более длинных волнах.
|
|
|
|
"Мы впервые наблюдаем временную задержку в измерениях на этих длинах волн", - сказал Юсеф-Заде. "Мы наблюдали эти длины волн одновременно с помощью NIRCam и заметили, что более длинная длина волны отстает от более короткой на очень малую величину — возможно, от нескольких секунд до 40 секунд".
|
|
|
|
Эта временная задержка дала больше информации о физических процессах, происходящих вокруг черной дыры. Одно из объяснений заключается в том, что частицы теряют энергию во время вспышки — быстрее на коротких волнах, чем на более длинных. Такие изменения ожидаются для частиц, вращающихся по спирали вокруг силовых линий магнитного поля.
|
|
Стремясь к непрерывному внешнему виду
|
|
|
|
Для дальнейшего изучения этих вопросов Юсеф-Заде надеется использовать JWST для наблюдения за Стрельцом A* в течение более длительного периода времени. Недавно он представил предложение о непрерывном наблюдении за черной дырой в течение 24 часов. Более длительный период наблюдения поможет снизить уровень шума и позволит исследователям увидеть еще более мелкие детали.
|
|
|
|
"Когда вы наблюдаете за такими слабыми вспышками, вам приходится бороться с шумом", - сказал Юсеф-Заде. "Если мы сможем наблюдать в течение 24 часов, то сможем уменьшить шум, чтобы увидеть особенности, которые мы не могли увидеть раньше. Это было бы потрясающе. Мы также можем увидеть, проявляют ли эти вспышки периодичность (или повторяются) или они действительно случайны".
|
|
|
|
Источник
|
