Розкрито «тихе чудовисько» Чумацького Шляху

Вчені досліджували минулу активність Стрільця A*, надмасивної чорної діри в нашій галактиці, аналізуючи світлові відлуння від рентгенівських спалахів, що вказує на часте минуле споживання матеріалу та історично яскравіший стан.

Надмасивна чорна діра в центрі нашої Галактики Чумацький Шлях — тихий монстр. Однак Стрілець A* (або скорочено Sgr A*) не є повністю сплячим. Час від часу він поглинає згусток молекулярного газу або навіть зірку, а потім страждає від розладу шлунка. Це випромінює рентгенівські спалахи в навколишній простір.

Дослідниця Університету штату Мічиган Грейс Сенгер-Джонсон знайшла дев’ять раніше не відкритих рентгенівських спалахів від Стрільця A*, центральної надмасивної чорної діри Чумацького Шляху, просіявши рентгенівські дані за десятиліття. Це зображення NASA, опубліковане більше десяти років тому, показує приклад рентгенівського спалаху. Авторство: NASA/JPL-Caltech

Грейс Сенгер-Джонсон і Джек Утег — двоє дослідників з Університету штату Мічіган — детально вивчили спалахи та їх світлове відлуння. Те, що вони виявили, показує активність Sgr A* у дуже далекому минулому, коли Sgr A* ковтав матеріал. Рентгенівське випромінювання від цієї активності проходило сотні років від Sgr A*, щоб відбитися від сусідньої молекулярної хмари та зробити її яскравішою. Це створило світлове відлуння, яке подорожувало ще приблизно 26 000 років, перш ніж досягти Землі. Отже, коли Утег і Сенгер вивчали ці спалахи та світлове відлуння, вони буквально дивилися в минуле.

Пошук рентгенівських спалахів Sgr A* за допомогою NuSTAR

Сангер-Джонсон проаналізував дані за десять років, шукаючи рентгенівські спалахи, викликані харчовими звичками Sgr A*. Під час обшуку вона знайшла докази ще дев’яти таких спалахів.

Спалахи зазвичай досить драматичні. Оскільки вони такі яскраві, вони дають астрономам можливість вивчити безпосереднє оточення навколо чорної діри. Дані, які вивчив Сангер-Джонсон, були отримані від місії NuSTAR. Він орієнтований на високоенергетичне рентгенівське та гамма-випромінювання. Зазвичай вони походять від активних областей у серцях галактик, вибухів наднових та інших активних подій.

Дані, які Сангер-Джонсон зібрав і проаналізував, тепер є базою даних спалахів Sgr A. «Ми сподіваємося, що, створивши цей банк даних про спалахи Sgr A, ми та інші астрономи зможемо проаналізувати властивості цих рентгенівських спалахів і зробити висновок про фізичні умови в екстремальному середовищі надмасивної чорної діри», — сказав Сангер-Джонсон.

Відстеження відлуння спалахів

Поки Сангер-Джонсон працював з даними NuSTAR, студент-дослідник Джек Утег вивчав активність навколо чорної діри. Він проаналізував дані за 20 років про гігантську молекулярну хмару під назвою «Міст». Дані отримані зі спостережень, зроблених NuSTAR і обсерваторією XMM-Newton Європейського космічного агентства. Міст розташований поблизу Sgr A* і зазвичай не випромінює власне світло.

Отже, астрономи помітили, коли він став яскравішим у рентгенівських променях, за словами Утега, який будує хронологію минулих спалахів Sgr A. «Яскравість, яку ми бачимо, швидше за все, є запізнілим відображенням минулих спалахів рентгенівського випромінювання від Sgr A», — сказав він. «Вперше ми спостерігали збільшення яскравості приблизно в 2008 році. Потім, протягом наступних 12 років, рентгенівські сигнали від мосту продовжували збільшуватися, поки він не досяг піка яскравості у 2020 році».

Робота Ютега допомогла астрономам визначити, що Sgr A* був приблизно на п’ять порядків яскравішим у рентгенівських променях, ніж зараз. Це освітлення вказує на те, що наша центральна надмасивна чорна діра, ймовірно, знищила сусідню газову хмару. Крім того, за словами Утега, яскравість виявила інші властивості. «Одна з головних причин, чому ми дбаємо про те, щоб ця хмара ставала яскравішою, полягає в тому, що вона дозволяє нам обмежити, наскільки яскравим був спалах Sgr A* у минулому», — сказав він.

Що показують ці світлові відлуння від Sgr A*

Завдяки роботі Сенгера-Брауна та Утега астрономи знайшли інший спосіб обійти труднощі спостереження навколо чорних дір. «І факели, і феєрверки освітлюють темряву і допомагають нам спостерігати те, що ми зазвичай не змогли б побачити», — сказала вона. «Ось чому астрономам потрібно знати, коли і де відбуваються ці спалахи, щоб вони могли вивчати середовище чорної діри за допомогою цього світла».

Астрономи знають, що чорна діра дійсно поглинає навколишній матеріал на змінній основі, але ці висновки допомагають їм обмежити, як часто це відбувається, і як спалахи, що утворюються в результаті, впливають на прилеглі околиці. За словами доцента МДУ Шуо Чжана, який очолював групу цих двох досліджень, залишається багато питань про те, як часто ці спалахи траплялися і траплялися в минулому.

«Це перший раз, коли ми побудували 24-річну мінливість для молекулярної хмари, що оточує нашу надмасивну чорну діру, яка досягла свого піка рентгенівської світності», — сказав Чжан. «Це дозволяє нам розповісти про минулу діяльність Sgr A* приблизно 200 років тому. Наша дослідницька група в МДУ продовжить цю «астроархеологічну гру», щоб далі розгадувати таємниці центру Чумацького Шляху».