«Гра тіней» з диску навколо чорної діри

Космічний телескоп Хаббла зафіксував цікавий ефект, який пояснюють тим, що пиловий диск матеріалу, який оточує чорну діру, відкидає свою тінь у космос, створюючи промені з яскравого світла та тіні.

Про це розповідається у прес-релізі на сайті Хаббла.

Деякі з найбільш приголомшливих видів нашого неба виникають під час заходу Сонця, коли сонячне світло пронизує хмари, створюючи суміш яскравих і темних променів, утворених тінями хмар і променями світла, розсіяних атмосферою.

Астрономи, які вивчають сусідню галактику IC 5063, вбачають подібний ефект на знімках, зроблених космічним телескопом Хаббла. В цьому випадку, видно, як з блискучого яскравого центру активної галактики вистрілює сяйвом набір вузьких світлових променів і темних тіней.

Команда астрономів на чолі з Пітером Максимом з Гарвард-Смітсонівського астрофізичного центру в Кембриджі, штат Массачусетс, простежила промені до ядра галактики, де знаходиться активна надмасивна чорна діра. Чорна діра – це щільна, компактна область простору, яка проковтує світло та матерію під дією руйнівної гравітації. Об'єкт-монстр шалено харчується матеріалом, що падає в нього, виробляючи від перегрітого газу поблизу себе потужній фонтан світла.

Незважаючи на те, що дослідники розробили кілька правдоподібних теорій для цього світлового шоу, найінтригуюча ідея передбачає, що кільце у формі бублика, або тор, із пилового матеріалу, що оточує чорну діру, відкидає свою тінь у космос.

За запропонованим Максимом сценарієм, пиловий диск навколо чорної діри не блокує все світло. Прогалини на диску дозволяють світлу сяяти, створюючи блискучі конусоподібні промені, схожі на пальці зі світла, які іноді можна побачити при заході Сонця. Однак, промені в IC 5063 відбуваються у значно більших масштабах, прострілюючи на принаймні 36 000 світлових років.

Частина світла потрапляє на щільні ділянки в кільці, відкидаючи тінь кільця у космос. Ці тіні з’являються у формі темних пальців, уперемішку з яскравими променями. Ці промені і тіні видимі, оскільки чорна діра та її кільце нахилені вбік відносно площини галактики. Таке вирівнювання дозволяє світловим променям виходити далеко за межі галактики.

Ця взаємодія світла і тіні пропонує унікальне уявлення про розподіл матеріалу, що оточує чорну діру. У деяких місцях матеріал може нагадувати розсіяні хмари. Якщо ця інтерпретація вірна, спостереження можуть надати непряме уявлення про строкату структуру диска.

«Мене найбільше захоплює ідея про тінь від тору, тому що це дійсно крутий ефект, який, я не думаю, що ми його бачили раніше на зображеннях, хоча він і був гіпотетичним», - каже Максим. «З наукової точки зору, він показує нам те, що важко – зазвичай, неможливо – побачити безпосередньо. Ми знаємо, що це явище має відбуватися, але у цьому випадку ми можемо спостерігати ефекти крізь усю галактику. Більш глибокі знання про геометрію тору матимуть наслідки для будь-кого, хто намагатиметься зрозуміти поведінку надмасивних чорних дір та їх середовищ. У міру еволюції галактики, вона формується через центральну чорну діру».

Вивчення тору важливо, оскільки він спрямовує матеріал до чорної діри. Якщо інтерпретація "тіні" є точною, темні промені непрямо свідчать про те, що диск в IC 5063 може бути дуже тонким, що пояснює, чому світло просочується по усій структурі.

Новини за подібною темою:

		У ранньому Всесвіті знайдено чорну діру, що поглинає матерію набагато швидше, ніж теоретично можливо
		Чорна діра знищує зорю та вже взялася за іншу
		Коливання Марса може бути ознакою темної матерії, говориться в дослідженні

Спостереження за подібними чорними дірами в рентгенівській обсерваторії Чандри дозволили виявити, що рентгенівські промені просочуються з отворів у торі, завдяки чому структура виглядає як швейцарський сир. За словами Максима, ці дірочки можуть бути спричинені закручуванням диска внутрішніми силами, призводячи до його деформації. «Цілком можливо, що викривлення створює досить великі проміжки, щоб частина світла пробилася крізь них, і, у міру обертання тору, промені світла могли проноситись по галактиці, як промені маяка крізь туман», - додав він.

Випадковість у громадянській науці

Незважаючи на те, що астрономи вивчали галактику протягом десятиліть, для несподіваного відкриття знадобився не науковець. Джуді Шмідт, художниця і астроном-аматор, яка мешкає в Модесто, штат Каліфорнія, відкрила темні тіні, коли обробляла експозиції Хаббла по галактиках у грудні 2019 року. Шмідт регулярно відбирає з архіву Хаббла щось цікаве, що вона може перетворити на прекрасні зображення. Вона ділиться цими зображеннями у своїй стрічці у Twitter зі своїми багатьма послідовниками, серед яких є астрономи, такі як Максим.

Шмідт вибрала з архіву Хаббла спостереження за IC 5063, оскільки її цікавлять галактики, які мають активні ядра. Тіні конусоподібної форми не були помітні при оригінальних експозиціях, тому вона була здивована, побачивши їх на своєму обробленому зображенні. «Я не підозрювала, що вони там, і навіть після того, як я зробила обробку, я продовжувала кліпати очима, дивуючись, чи бачу я те, що, я думаю», - сказала вона.

Вона одразу ж опублікувала своє зображення у своєму акаунті у Twitter. «Це було те, чого я ніколи раніше не бачила, і хоча у мене були сильні підозри щодо того, що вони є тіньовими променями або «крепускулярними променями», як їх назвав Пітер, легко дати волю своєму уявленню та бажанням», - пояснила вона. «Я подумала, що якщо я помиляюсь, хтось спустив би мене на землю».

Зображення спричинило жваву дискусію у Twitter серед її послідовників-астрономів, зокрема Максима, який сперечався щодо походження променів. Максим вже аналізував струмені, створені чорною дірою галактики, на зображеннях Хаббла. Тож він взяв на себе ініціативу у вивченні променів та написанні наукової роботи. Його дослідження ґрунтується на спостереженнях у близькому інфрачервоному діапазоні, здійснених «Ширококутною камерою 3» та «Вдосконаленою камерою для спостережень» Хаббла у березні та листопаді 2019 року. Червоне та ближньо-інфрачервоне світло пронизує запилену галактику, щоб виявити деталі, які можуть бути оточені пилом.

Це відкриття було б неможливим без гострого зору Хаббла. Також, галактика знаходиться відносно неподалік, лише 156 мільйонів світлових років від Землі. «Старіші зображення з телескопів на Землі показували, можливо, натяки на подібну структуру, але сама галактика – це такий безлад, що ніколи не здогадаєшся, що відбувається без Хаббла», - пояснює Максим. «Хаббл робить чіткі знімки, чутливий до слабких речей і має досить велике поле зору, щоб зобразити всю галактику».

Максим сподівається продовжити дослідження галактики, щоб визначити, чи правильний його сценарій. «Ми хочемо продовжувати розслідування, і буде чудово, якщо інші вчені також спробують перевірити наші висновки за допомогою нових спостережень та моделювання», - сказав він. «Це проект, який просто благає нових даних, оскільки ставить більше запитань, ніж дає відповідей».

Результати команди були опубліковані у журналі «The Astrophysical Journal Letters».

Читайте ще цікаві новини про космос.

• Чорні діри