Ученые создали первую в мире рентгеновскую карту окрестностей черной дыры

Изучение региона, ближайшего к черной дыре, нелегко. По своей природе черные дыры поглощают свет, поэтому единственный способ сделать это - косвенно наблюдать за его воздействием на другие вещи, а не на сам объект. В апреле прошлого года ученые сняли первую в мире фотографию черной дыры (или, по крайней мере, горизонта событий, источника, где последний свет можно увидеть, прежде чем он будет поглощен черной дырой), но они использовали Телескоп горизонта событий, чтобы сделать это. Теперь исследователи впервые использовали рентгеновские лучи для картирования окрестностей черной дыры.

Однако для этого им пришлось ждать, пока черная дыра съест какой-нибудь материал, чтобы мельком увидеть, что происходит.

В процессе подачи плазма, которая проглатывается черной дырой, нагревается до невероятных температур и начинает излучать свет в рентгеновской части электромагнитного спектра. Эти рентгеновские лучи отражаются вокруг сильно искривленной области, что позволяет исследователям использовать своеобразный сигнал для восстановления геометрии пространства-времени вокруг сверхмассивной черной дыры.

В новой работе ученые показали, как рентгеновские лучи были применены к сверхмассивной черной дыре в сердце галактики IRAS 13224–3809. Это один из самых изменчивых источников рентгеновского излучения в небе, поскольку его яркость может изменяться в 50 раз всего за несколько часов, что делает его идеальным кандидатом для тестирования этого метода карты реверберации.

«Каждый знаком с тем, как эхо их голоса звучит по-разному при разговоре в классе по сравнению с собором - это просто из-за геометрии и материалов комнаты [акустики], которая заставляет звук вести себя и подпрыгивать иначе», - говорит ведущий автор Уильям Элстон из Кембриджского университета, Великобритания. «Подобным образом мы можем наблюдать, как эхо-сигналы рентгеновского излучения распространяются в окрестностях черной дыры, чтобы наметить геометрию области и состояние скопления вещества, прежде чем оно исчезнет в сингулярности. Это немного похоже на космическое эхо-местоположение».

Ученые ожидали увидеть реверберацию светового эха, которую они использовали для картирования региона, но обнаружили что-то еще удивительное.

Материал, спирально проникающий в черную дыру, образует аккреционный диск, а над ним находится область электронов высокой энергии с температурой в миллиарды градусов: корона черной дыры. На основании данных, собранных спутником XMM-Newton Европейского космического агентства, исследователи обнаружили, что размер короны изменяется всего за несколько дней.

Наблюдение дает уникальную картину того, что происходит вокруг черной дыры, но также позволяет точно измерять свойства черной дыры. Размер короны зависит от массы черной дыры, ее вращения и того, что происходит вокруг нее. Так как масса и вращение не меняются так быстро, команде удалось установить их. Сверхмассивная черная дыра IRAS 13224–3809 имеет массу около 1,9 млн раз больше массы Солнца, что меньше половины массы Стрельца А, черной дыры в центре Млечного пути.

Предстоящие миссии, такие как Афина, позволят еще много таких наблюдений. Это не только поможет углубить наше понимание черных дыр, но также поможет проверить гравитационные теории и эволюцию галактик, учитывая основную роль, которую играют черные дыры, пишет IFLScience.