Астрофізики вперше на практиці виявили ехо чорної діри

Спостерігаючи за рентгенівськими променями, що вилітали з надмасивної чорної діри в центрі галактики на 800 мільйонів світлових років від нас, астрофізик Стенфордського університету Ден Уілкінс помітив інтригуючу закономірність. Він побачив серію яскравих спалахів рентгенівських променів, але не безпрецедентних, а потім телескопи зафіксували щось несподіване: додаткові спалахи рентгенівських променів, які були меншими, пізнішими та різного кольору, ніж яскраві спалахи, повідомляє technology.org.

Дослідники спостерігали яскраві спалахи рентгенівського випромінювання, що утворюється при попаданні газу в надмасивну чорну діру. Спалахи відлунювали від газу, що потрапляв у чорну діру, і коли спалахи спали, були помічені короткі рентгенівські променів, що відповідають відбиттю спалахів з дальньої сторони диска, зігнутих навколо чорної діри, де діє сильне гравітаційне поле. Зображення: Ден Вілкінс

Згідно з теорією, ці сяючі відлуння відповідали рентгенівським променям, відбитим позаду чорної діри, але навіть базове розуміння чорних дір говорить нам, що це дивне місце для світла.

"Будь -яке світло, що потрапляє в цю чорну діру, не виходить, тому ми не повинні бачити нічого, що знаходиться за чорною дірою", - сказав Уілкінс, науковий співробітник Інституту астрофізики та космології Кавлі. Це ще одна дивна характеристика чорної діри, яка робить це спостереження можливим. "Причина, по якій ми можемо це побачити, полягає в тому, що ця чорна діра деформує простір, згинаючи світло і скручуючи навколо себе магнітні поля", - пояснив Уілкінс.

Дивне відкриття, детально описане в роботі, опублікованій в Nature, є першим безпосереднім спостереженням світла з-за чорної діри - сценарій, який був передбачений теорією загальної теорії відносності Ейнштейна, але до цього часу не підтверджений.

"П’ятдесят років тому, коли астрофізики почали міркувати про поводження магнітного поля поблизу чорної діри, вони навіть не здогадувалися, що одного разу у нас можуть з’явитися методи, щоб спостерігати за цим безпосередньо і побачити загальну теорію відносності Ейнштейна в дії", - сказав Роджер Бландфорд, співавтор статті, професор Люка Блоссома у Школі гуманітарних та природничих наук, професор фізики Стенфорда та професор фізики частинок та астрофізики SLAC.

Як побачити чорну діру

Початкова мотивація цього дослідження полягала в тому, щоб дізнатися більше про таємничу особливість певних чорних дір, яку називають короною. Матеріал, що потрапляє у надмасивну чорну діру, живить найяскравіші безперервні джерела світла у Всесвіті, і при цьому утворює корону навколо чорної діри. Це світло - рентгенівське, його можна проаналізувати, щоб зіставити та охарактеризувати чорну діру.

Провідна теорія того, що таке корона, починається зі сповзання газу в чорну діру, де він перегрівається до мільйонів градусів. При цій температурі електрони відокремлюються від атомів, утворюючи намагнічену плазму. Опинившись у потужному обертанні чорної діри, магнітне поле виступає так високо над чорною дірою і крутиться навколо себе так, що врешті-решт зовсім розривається - ситуація нагадує те, що відбувається навколо нашого власного Сонця, звідки запозичено назву "корона".

"Це магнітне поле, пов'язане і щільно прилягає до чорної діри, нагріває все навколо і виробляє ці високоенергетичні електрони, які потім продовжують виробляти рентгенівські промені",-сказав Уілкінс.

Коли Уілкінс уважніше вивчив походження спалахів, він побачив серію менших спалахів. Дослідники визначили, що це ті самі спалахи рентгенівського випромінювання, але відбиті від задньої частини диска-перший погляд на дальній стороні чорної діри.

"Я будував теоретичні прогнози того, як ці відлуння здаються нам кілька років", - сказав Уілкінс. "Я вже бачив їх у теорії, яку розробляв, тому, побачивши їх у спостереженнях телескопа, я міг виявити зв'язок".

Майбутні спостереження

Місія розуміння та вивчення характеристик корони триває і потребує подальшого спостереження. Частину майбутніх спостереженьрежень забезпечить рентгенівська обсерваторія Європейського космічного агентства Athena (Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics). Будучи членом лабораторії Стіва Аллена, професора фізики в Стенфорді та фізики елементарних частинок та астрофізики в SLAC, Уілкінс допомагає розробити частину детектора Wide Field Imager для Athena.

Image credit: ESA

"У нього набагато більші дзеркала телескопа, і це дозволить нам отримати більш високу роздільну здатність за набагато коротший час спостереження", - сказав Уілкінс. "Отже, картина, яку ми починаємо отримувати з даних на даний момент, стане набагато чіткішою з цими новими обсерваторіями".