Наукпоп

30 листопада 2022, 20:02

Ексклюзив NV

Випромінювання чорних дір. Астрофізики пояснили механізм виникнення найяскравішого світла у Всесвіті

Міжнародна група вчених опублікувала результати дослідження, які пояснюють механізм появи високоенергетичного світла чорних дір, що досягає нас на відстані у сотні мільйонів світлових років.

Три роки тому відбулася одна з найвпливовіших подій в астрофізиці: 347 астрономів з проєкту Event Horizon Telescope (EHT) зробили перше в історії фото чорної діри. Точніше, перше фото меж чорної діри в центрі галактики M87 у сузір'ї Діви.

Зображення вдалося отримати завдяки системі наземних телескопів Горизонт подій, що розташовані у Західній півкулі від Антарктики до США та від Гавайських островів до Іспанії, та які зібрали понад 500 терабайт даних.

Горизонтом подій називають точку за зовнішніми межами чорної діри, після якої будь-яке світло, що потрапляє туди, назавжди зникає з нашого поля зору. Фотографія чорної діри теоретично неможлива, оскільки ці надважкі об'єкти поглинають будь-які види електромагнітного випромінювання і вони є невидимими.

Все, що притягує до себе чорна діра, розганяється до швидкості, близької до швидкості світла, і нагрівається до мільярдів градусів за Цельсієм. Тому зображення горизонту подій є світловим диском з «живильних елементів», які постійно поглинає чорна діра.

«Сфотографувати тінь, яку відкидає горизонт подій чорної діри — це все одно, що сфотографувати DVD-диск на поверхні Місяця із Землі», — заявили вчені з EHT, які отримали $3 млн за своє відкриття.

Нещодавно група дослідників із різних європейських університетів пояснила, чому горизонт подій чорних дір насправді такий яскравий, і як ми можемо бачити ці об'єкти навіть на відстані сотні мільйонів світлових років.

Передплатіть, щоб прочитати повністю

Нам необхідна ваша підтримка, щоб займатися якісною журналістикою

Передплатити
Перший місяць 1 ₴. Відмовитися від передплати можна у будь-який момент

40-річна загадка

В основі нового дослідження лежать дані комічної обсерваторії NASA IXPE, яка аналізує поляризацію космічного рентгенівського випромінювання чорних дір, нейтронних зірок та пульсарів.

Для довідки: нейтронними зірками називають один із можливих етапів еволюції зірок, серцевина яких складається з важких елементарних частинок без електричного заряду (нейтронів), діаметр становить від 10 до 20 км, а маса приблизно дорівнює масі Сонця; якщо нейтронна зірка ще й обертається, її називають пульсаром.

Надмасивні чорні діри, у свою чергу, є серцем більшості галактик, включно з нашим Чумацьким Шляхом, який утворився навколо «високощільного радіоджерела» Стрілець A*.

Активність та свічення чорних дір залежить від акреційного (приростного) матеріалу, який і формує згаданий вище обрій подій. Взаємодія цього матеріалу за допомогою тертя та гравітації в екстремальному просторі навколо чорної діри і викликає такий незвичайний світловий ефект.

«Це загадка 40-річної давності, яку ми розгадали. Нарешті ми зібрали всі шматочки головоломки, і картина, яку вони створили, стала ясною», — заявив один із авторів дослідження, астроном Янніс Ліодакіс із Фінського центру астрономії.

Вчені також з’ясували, що в блазарних галактиках перпендикулярно акреційному диску чорної діри викидаються подвійні потоки речовини, які складаються з матеріалу внутрішньої частини цього диска. Цей матеріал прямує вздовж силових ліній магнітного поля до полюсів, де він викидається назовні зі швидкістю, близькою до швидкості світла.

Якщо це справжній блазар, то його потоки повинні бути спрямовані на спостерігача, включно з космічними обсерваторіями на орбіті Землі. Астрофізики заявили, що причиною яскравого свічення блазарів є екстремальне прискорення частинок, що випромінюють світло у всьому електромагнітному спектрі, включно з високоенергетичним гамма- та рентгенівським випромінюванням.

Аналізуючи блазар «Маркарян 501», розташований на відстані 460 мільйонів світлових років у сузір'ї Геркулеса, рентгенівський телескоп NASA IXPE зібрав дані про те, як потоки чорної діри розганяють частинки до таких високих швидкостей.

Вчені порівняли дані в різних діапазонах довжин хвиль, включно з радіо та оптичним випромінюванням. Рентгенівське та оптичне випромінювання блазара виявилося набагато більш викривленим ніж радіочастоти.

«У міру того, як ударна хвиля перетинає внутрішній регіон диска, магнітне поле стає сильнішим, а енергія частинок стає вищою. Енергія походить від руху матеріалу, що створює ударну хвилю», — заявив співавтор дослідження, астроном Алан Маршер з університету Бостона.

На поточний момент, блазар Маркарян 501 є найяскравішим високоенергетичним об'єктом у доступному для огляду небі.

Гарячий газ

Раніше цього року група вчених виявила, що навколо надмасивної чорної діри Стрілець А* розташований потік гарячого газу, що рухається акреційним диском об'єкта.

Дослідники припускають, що цей газ призвів до утворення потужного спалаху рентгенівського випромінювання, зафіксованого комплексом наземних телескопів ALMA у чилійській пустелі Атакама.

Ймовірно, до спалаху призвела взаємодія гарячого газу з магнітним полем чорної діри: як і у випадку з дослідженням блазарів, викривлене електромагнітне випромінювання спалаху вказувало на те, що його причиною був рух частинок на екстремальних швидкостях.

Враховуючи активність потужного магнітного поля, яка врівноважує сили гравітації чорної діри, пил, газ та плазма не потрапляють усередину неї, а обертаються навколо.

Аналізований потік газу став першим, який спостерігався не тільки в інфрачервоному та рентгенівському, але й у радіодіапазоні частот. Це може означати, що газ почав уповільнюватися і остигати, втрачаючи свою енергію.

Ймовірно, згодом цей потік газу все ж таки буде поглинений чорною дірою. Нове дослідження дозволить вченим знаходити схожі згустки газу біля інших чорних дір, що, у свою чергу, допоможе їм детальніше дослідити механізм еволюції цих космічних об'єктів.

Другие новости

Всі новини