Излучение черных дыр. Астрофизики объяснили механизм возникновения самого яркого света во Вселенной
Научпоп30 ноября 2022, 20:02
Три года назад произошло одно из наиболее влиятельных событий в астрофизике: 347 астрономов из проекта Event Horizon Telescope (EHT) сделали первое в истоии фото черной дыры. Точнее, первое фото границ черной дыры в центре галактики M87 в созвездии Девы.
Изображение удалось получить благодаря системе наземных телескопов Горизонт событий, которые расположены в Западном полушарии от Антарктики до США и от Гавайских островов до Испании, и которые собрали более 500 терабайт данных.
Горизонтом событий называют точку за внешними границами черной дыры, после которой любой свет, попадающий туда, навсегда исчезает из нашего поля зрения. Фотография черной дыры теоретически невозможна, поскольку эти сверхтяжелые объекты поглощают любые виды электромагнитного излучения и они фактически являются невидимыми.
Все, что притягивает к себе черная дыра, разгоняется до скорости, близкой к скорости света, и нагревается до миллиардов градусов по Цельсию. Поэтому изображение горизонта событий представляет собой световой диск из «питательных элементов», которые постоянно поглощает черная дыра.
«Сфотографировать тень, которую отбрасывает горизонт событий черной дыры — это все равно, что сфотографировать DVD-диск на поверхности Луны из Земли», — заявили ученые из EHT, которые получили $3 млн за свое открытие.
Недавно группа исследователей из разных европейских университетов объяснила, почему горизонт событий черных дыр на самом деле такой яркий, и как мы можем видеть эти объекты даже на расстоянии в сотни миллионов световых лет.
Подпишитесь на NV Премиум и читайте без ограничений
Нам необходима ваша поддержка, чтобы заниматься качественной журналистикой
40-летняя загадка
В основе нового исследования лежат данные комической обсерватории NASA IXPE, которая анализирует поляризацию космического рентгеновского излучения черных дыр, нейтронных звезд и пульсаров.
Для справки: нейтронными звездами называют один из возможных этапов эволюции звезд, сердцевина которых состоит из тяжелых элементарных частиц без электрического заряда (нейтронов), диаметр составляет от 10 до 20 км, а масса приблизительно равна массе Солнца; если нейтронная звезда еще и вращается — ее называют пульсаром.
Сверхмассивные черные дыры, в свою очередь, являются сердцем большинства галактик, включая наш Млечный Путь, который образовался вокруг «высокоплотного радиоисточника» Стрелец A*.
Активность и свечение черных дыр зависит от аккреционного (приростного) материала, который и формирует упомянутый выше горизонт событий. Взаимодействие этого материала посредством трения и гравитации в экстремальном пространстве вокруг черной дыры и вызывает такой необычный световой эффект.
«Это загадка 40-летней давности, которую мы разгадали. Наконец-то мы собрали все кусочки головоломки, и картина, которую они создали, стала ясной», — заявил один из авторов исследования, астроном Яннис Лиодакис из Финского центра астрономии.
Ученые также выяснили что в блазарных галактиках перпендикулярно аккреционному диску черной дыры выбрасываются двойные потоки вещества, которые состоят из материала внутренней части этого диска. Этот материал устремляется вдоль силовых линий магнитного поля к полюсам, где он выбрасывается наружу со скоростью, близкой к скорости света.
Если это настоящий блазар — его потоки должны быть направлены на наблюдателя, включая космические обсерватории на орбите Земли. Астрофизики заявили, что причиной яркого свечения блазаров является экстремальное ускорение частиц, которые излучают свет во всем электромагнитном спектре, включая высокоэнергетическое гамма- и рентгеновское излучение.
Анализируя блазар «Маркарян 501», расположенный на расстоянии 460 миллионов световых лет в созвездии Геркулеса, рентгеновский телескоп NASA IXPE собрал данные о том, как потоки черной дыры разгоняют частицы до таких высоких скоростей.
Учены сравнили данные в разных диапазонах длин волн, включая радио- и оптическое излучение. Рентгеновское и оптическое излучение блазара оказалось гораздо более искривленным, чем радиочастоты.
«По мере того, как ударная волна пересекает внутренний регион диска, магнитное поле становится сильнее, а энергия частиц становится выше. Энергия исходит от движения материала, создающего ударную волну», — заявил соавтор исследования, астроном Алан Маршер из Бостонского университета.
На данный момент, блазар Маркарян 501 является самым ярким высокоэнергетическим объектов в обозримом небе.
Горячий газ
Ранее в этом году группа ученых обнаружила, что вокруг сверхмассивной черной дыры Стрелец А* расположен сгусток горячего газа, который двигается по аккреционному диску объекта.
Исследователи предполагают, что этот газ привел к образованию мощной вспышки рентгеновского излучения, зафиксированной комплексом наземных телескопов ALMA в чилийской пустыне Атакама.
Вероятно, к вспышке привело взаимодействие горячего газа с магнитным полем черной дыры: как и в случае с исследованием блазаров, искривленное электромагнитное излучение вспышки указывало на то, что его причиной было движение частиц на экстремальных скоростях.
Учитывая активность мощного магнитному полю, которая уравновешивает силы гравитации черной дыры, пыль, газ и плазма не попадают внутрь нее, а вращаются вокруг.
Анализируемый сгусток газа стал первым, который наблюдался не только в инфракрасном и рентгеновском-, но и в радиодиапазоне частот. Это может означать, что газ начал замедляться и остывать, теряя свою энергию.
Вероятно, со временем этот сгусток газа все же будет поглощен черной дырой. Новое исследование позволит ученым находить похожие сгустки газа возле других черных дыр, что, в свою очередь, поможет им более детально исследовать механизм эволюции этих космических объектов.