Миналата година астрономите откриха неподвижна черна дупка в далечна галактика, която изригна след раздробяване и поглъщане на преминаваща звезда. Сега изследователите са идентифицирали отличителен рентгенов сигнал, наблюдаван в дните след избухването, което идва от материя на ръба да попадне в черната дупка.
Този сигнален сигнал, наречен квазипериодична осцилация или QPO, е характерна особеност на акреционните дискове, които често обграждат най-компактните обекти във Вселената - бели джуджета, неутронни звезди и черни дупки. QPOs са наблюдавани в много черни дупки със звездна маса и има омайващи доказателства за тях в няколко черни дупки, които може да имат средна маса между 100 и 100 000 пъти слънчевата.
До новото откритие QPOs бяха открити само около една свръхмасивна черна дупка - типът, съдържащ милиони слънчеви маси и разположен в центровете на галактиките. Този обект е галактиката от типа Сейферт REJ 1034+396, която на разстояние от 576 милиона светлинни години лежи сравнително наблизо.
„Това откритие разширява обхвата ни до най-вътрешния ръб на черна дупка, разположена на милиарди светлинни години от нас, което е наистина невероятно. Това ни дава възможност да изследваме природата на черните дупки и да тестваме относителността на Айнщайн във време, когато Вселената е била много различна от днешната“, каза Рубенс Рейс, постдокторант на Айнщайн в Мичиганския университет в Ан Арбър. Рейс ръководи екипа, който разкри сигнала QPO, използвайки данни от орбиталните рентгенови телескопи Suzaku и XMM-Newton, откритие, описано в статия, публикувана днес в Science Express.
Източникът на рентгенови лъчи, известен като Swift J1644+57 - след неговите астрономически координати в съзвездието Дракон - беше открит на 28 март 2011 г. от спътника на НАСА Swift. Първоначално се предполагаше, че това е по-често срещан тип изблик, наречен изблик на гама лъчи, но постепенното му затихване не съответстваше на нищо, което е било виждано преди. Скоро астрономите се сближиха с идеята, че това, което виждат, е следствие от наистина необикновено събитие - пробуждането на спящата черна дупка на далечна галактика, докато тя раздробява и поглъща преминаваща звезда. Галактиката е толкова далеч, че светлината от събитието трябваше да пътува 3,9 милиарда години, преди да достигне Земята.
Информация за видеоклипа: На 28 март 2011 г. Swift на НАСА откри интензивни рентгенови изригвания, за които се смята, че са причинени от черна дупка, поглъщаща звезда. В един модел, илюстриран тук, подобна на слънцето звезда на ексцентрична орбита се спуска твърде близо до централната черна дупка на галактиката. Около половината от масата на звездата захранва акреционен диск около черната дупка, който от своя страна захранва струя на частици, която излъчва радиация към Земята. Кредит: Центърът за космически полети Годард/Лаборатория за концептуални изображения на НАСА
Звездата изпита интензивни приливи, когато достигна най-близката си точка до черната дупка и бързо беше разкъсана. Част от газа му падна към черната дупка и образува диск около нея. Най-вътрешната част на този диск бързо се нагрява до температури от милиони градуси, достатъчно горещи, за да излъчват рентгенови лъчи. В същото време, чрез процеси, които все още не са напълно разбрани, в близост до черната дупка се образуват противоположно насочени струи, перпендикулярни на диска. Тези струи изхвърлят материята навън със скорости, по-големи от 90 процента от скоростта на светлината по оста на въртене на черната дупка. Една от тези струи просто се насочи право към Земята.
Девет дни след избухването Рейс, Стромайер и техните колеги наблюдават Swift J1644+57, използвайки Suzaku, рентгенов спътник, управляван от Японската агенция за аерокосмически изследвания с участието на НАСА. Около десет дни по-късно те започнаха по-дълга кампания за наблюдение, използвайки обсерваторията XMM-Newton на Европейската космическа агенция.
„Тъй като материята в струята се движеше толкова бързо и беше наклонена почти в нашата зрителна линия, ефектите на относителността засилиха нейния рентгенов сигнал достатъчно, за да можем да уловим QPO, което иначе би било трудно да се открие на толкова голямо разстояние “, каза Тод Стромайер, астрофизик и съавтор на изследването в Центъра за космически полети Годард на НАСА в Грийнбелт, Мериленд.
Тъй като горещият газ в най-вътрешния диск се движи по спирала към черна дупка, той достига точка, която астрономите наричат най-вътрешната стабилна кръгова орбита (ISCO). Всеки по-близо до черната дупка и газът бързо се потапя в хоризонта на събитията, точката без връщане. Спираловият навътре газ има тенденция да се натрупва около ISCO, където се нагрява изключително много и излъчва поток от рентгенови лъчи. Яркостта на тези рентгенови лъчи варира в модел, който се повтаря на почти редовен интервал, създавайки QPO сигнал.
Данните показват, че QPO на Swift J1644+57 се движи на всеки 3,5 минути, което поставя района на източника му между 2,2 и 5,8 милиона мили (4 до 9,3 милиона км) от центъра на черната дупка, точното разстояние зависи от това колко бърза е черната дупка се върти. За да представим това в перспектива, максималното разстояние е само около 6 пъти диаметъра на нашето слънце. Разстоянието от QPO региона до хоризонта на събитията също зависи от скоростта на въртене, но за черна дупка, която се върти с максималната скорост, която теорията позволява, хоризонтът е точно вътре в ISCO.
„QPO ни изпращат информация от самия ръб на черната дупка, където ефектите на относителността стават най-екстремни“, каза Рейс. „Способността да получите представа за тези процеси на толкова голямо разстояние е наистина красив резултат и има голямо обещание.
Прочетете предишната ни статия за Swift J1644+57
Надпис на водещото изображение: Тази илюстрация подчертава основните характеристики на Swift J1644+57 и обобщава това, което астрономите са открили за него. Кредит: Центърът за космически полети Годард на НАСА
