Получены самые четкие рентгеновские снимки черной дыры: что они показали

Ученые использовали данные космической миссии XRISM для получения рекордно четких рентгеновских спектров черной дыры, уточнив скорость ее вращения и свойства окружающей плазмы.

Авторская визуализация внутренних областей в центре галактики MCG-6-30-15 и спектры, полученные с помощью рентгенографического анализа (вставка вверху слева). Фото: CfA/Melissa Weiss.

Источник: https://phys.org/

Международная команда астрофизиков опубликовала результаты исследования, в котором использовались самые точные на сегодняшний день спектры рентгеновского излучения сверхмассивной черной дыры (СМЧД) в центре галактике MCG–6-30-15, расположенной примерно в 120,7 миллионах световых лет (37 мегапарсек) от Земли. Это стало возможным благодаря объединению данных трех мощных космических обсерваторий: XRISM (Япония–США), XMM-Newton (Европейское космическое агентство) и NuSTAR (NASA). Работа опубликована в рецензируемом научном издании The Astrophysical Journal.

Ученые во главе с Лорой Бреннеман (Laura Brenneman) из Центра астрофизики Гарвард–Смитсоновского института смогли изолировать так называемую широкую эмиссионную линию железа, что является признаком быстрого вращения черной дыры. Эти рентгеновские линии порождаются горячей плазмой в аккреционном диске, двигающейся почти со скоростью света в непосредственной близости от горизонта событий черной дыры.

Основной массив наблюдений был выполнен с помощью космического телескопа XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission)

Источник: https://commons.wikimedia.org/

Ранее существующие рентгеновские телескопы не обладали достаточным разрешением, чтобы разделить тонкие спектральные линии, исходящие от материала у горизонта событий, и линии, формируемые более удаленными от СМЧД газовыми облаками. Новые данные позволили дифференцировать эти сигналы и подробно изучить физическое состояние ближайшего окружения сверхмассивного объекта в центре далекой галактики.

Главные выводы исследования

Ученым удалось подтвердить присутствие в спектре искривленной линии железа, что указывает на движение вещества близко к горизонту событий с релятивистскими (околосветовыми) скоростями.

Полученные спектры позволили выделить как эмиссионные, так и поглощенные компоненты рентгеновского излучения и отделить их от фонового излучения более далеких газовых облаков.

Эта концепция художника иллюстрирует сверхмассивную черную дыру, масса которой в миллионы или миллиарды раз превышает массу нашего Солнца. Сверхмассивные черные дыры — объекты с огромной плотностью, расположенные в центре галактик. СМЧД окружена веществом, перетекающим внутрь и образующим так называемый аккреционный диск. Также показана струя (джет) из энергичных частиц, которая приводится в движение вращением черной дыры. Области вблизи черных дыр содержат компактные источники рентгеновского излучения высокой энергии, которые, по некоторым предположениям, исходят из основания струй. Это высокоэнергетическое рентгеновское излучение освещает диск, который в свою очередь отражает его, превращая диск в источник рентгеновских лучей. Отраженное излучение позволяет астрономам увидеть, с какой скоростью вращается вещество во внутренней области диска, и, в конечном счете, измерить скорость вращения черной дыры.

Источник: https://commons.wikimedia.org/

Новые данные выявили по крайней мере пять различных зон ветра, создаваемого аккрецией на черную дыру, что помогает понять процессы взаимодействия черных дыр с их галактиками-хозяевами.

Исследование также открыло дополнительные сведения о короне черной дыры — сверхгорячей области, расположенной над аккреционным диском, ответственной за большую часть рентгеновского излучения системы.

Для сверхмассивных черных дыр измерение скорости вращения является крайне сложной задачей, требующей высококачественных рентгеновских спектров. Нам удалось такие спектры получить.

Лора Бреннеман

старший автор исследования.

Недавно астрономы зафиксировали молниеносную гибель звезды-гиганта в пасти черной дыры. За скорость и проворство дыру сравнили с английской борзой собакой.