Ученые впервые наблюдали, что происходит в окрестностях черной дыры
Так в представлении художника выглядят окрестности черной дыры IRAS 13224–3809, питающейся потоком газаУченые впервые смогли детально изучить строение ближайшей зоны окружения черной дыры. Для этого они использовали метод рентгеновской реверберации. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.Черные дыры — космические объекты огромной плотности, поглощающие свет. Поэтому наблюдать их напрямую невозможно, но можно исследовать, изучая, как ведет себя материя, которая приближается к черным дырам и падает в них.Когда материя движется по спирали к черной дыре, она нагревается до температур в миллионы градусов и излучает рентгеновские лучи, которые, в свою очередь, отражаются частицами газопылевого облака, окружающего дыру.
Астрономы из Европейского космического агентства ESA с помощью рентгеновской обсерватории космического телескопа XMM-Newton впервые смогли использовать отражающиеся эхо-сигналы этого излучения для регистрации динамического состояния среды, окружающей черную дыру.
Ученые говорят, что этот метод, называемый реверберационным картированием, чем-то похож на эхолокацию, когда звуковые реверберации информируют нас о форме и структуре трехмерного пространства. Космическая эхолокация позволяет ученым «увидеть» невидимые элементы окружения черных дыр.»Мы можем наблюдать, как эхо-сигналы рентгеновского излучения распространяются в окрестностях черной дыры в зависимости от геометрии области и состояния вещества», — приводятся в пресс-релизе ESA слова первого автора статьи астрофизика Уильяма Олстона (William Alston) из Кембриджского университета.Для детального изучения астрономы выбрали сверхмассивную черную дыру в активном центре галактики IRAS 13224-3809, расположенной в созвездии Центавра на расстоянии около миллиарда световых лет от Солнца.Ученые обнаружили самую тяжелую черную дыру во ВселеннойОни проанализировали данные реверберационного картирования, выполненного XMM-Newton с 2011 по 2016 год. За это время IRAS 13224-3809 была захвачена космическим телескопом на 16 орбитах, а суммарное время наблюдений равнялось 23 суткам.
Эта галактика — один из самых изменчивых космических источников рентгеновского излучения. Ее вспышки подсвечивают окружающие скопления материи, что позволило заглянуть в окрестности черной дыры и рассмотреть пульсацию ее короны.Исследователи увидели, как закручивающаяся в спираль материя перед входом в черную дыру собирается в диск. Над этим диском находится область очень горячих электронов с температурой около миллиарда градусов, которая называется короной. Астрономы наблюдали вспышку мощного рентгеновского излучения, когда яркость короны изменилась в 50 раз всего за несколько часов. Более того, обнаружилось, что синхронно с такими вспышками меняется и размер короны.»По мере изменения размера короны световое эхо меняется, как если бы вы громко разговаривали в соборе, а его потолок двигался вверх и вниз, изменяя звучание вашего голоса, — объясняет Алстон. — Отслеживая световое эхо, мы не только следим за изменениями короны, мы можем гораздо точнее оценить значения массы и параметров вращения черной дыры, чем если бы мы наблюдали корону, не меняющуюся в размерах».Исследователи надеются использовать тот же метод для картирования черных дыр в других галактиках. Измерение массы, скорости вращения и аккреции большой выборки черных дыр станет ключом к пониманию гравитации во всем космосе, а также к углублению знаний о том, как галактики образуются и развиваются.
Уже сейчас в пределах досягаемости XMM-Newton находятся сотни сверхмассивных черных дыр. Еще больше их появится в поле зрения астрономов, когда в 2031 году на смену ему запустят новый космический телескоп «Афина» с чувствительностью в сто раз больше.Ученые объяснили, почему области черных дыр ярко светятся