Вперше виявлено світло з-за чорної діри

Справджуючи передбачення теорії загальної теорії відносності Ейнштейна, дослідники повідомили про першу в історії реєстрацію рентгенівського випромінювання зі зворотної сторони чорної діри.

Про це розповідають у Стенфордському університеті.

Спостерігаючи за рентгенівськими променями, що викидаються у Всесвіт надмасивною чорною дірою в центрі галактики за 800 мільйонів світлових років від нас, астрофізик Стенфордського університету Ден Уілкінс помітив закономірність, що інтригує. Він побачив серію яскравих спалахів рентгенівського випромінювання — захопливих, але не безпрецедентних — та потім телескопи зафіксували дещо несподіване: додаткові спалахи рентгенівського випромінювання, які були меншими, пізнішими та іншого «кольору», ніж яскраві спалахи.

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

“Будь-яке світло, що потрапляє в чорну діру, не виходить звідти, тому ми не повинні бачити нічого, що знаходиться за чорною дірою”, - сказав Уілкінс, науковий співробітник Інституту астрофізики та космології Кавлі в Стенфорді та Національної лабораторії прискорювача SLAC. Однак це спостереження стало можливим завдяки іншій дивній особливості чорної діри. “Причина, з якої ми можемо це побачити, полягає в тому, що ця чорна діра деформує простір, згинаючи світло та закручуючи навколо себе магнітні поля”, - пояснив Уілкінс.

Дивне відкриття, детально описане в роботі, опублікованій 28 липня в журналі 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 розмірковувати про те, як магнітне поле може поводитись поблизу чорної діри, вони навіть не здогадувалися, що одного разу у нас з’являться методи, щоб спостерігати це безпосередньо і побачити загальну теорію відносності Ейнштейна в дії”, - сказав Роджер Бландфорд, співавтор роботи, професор 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 деяких чорних дір, звану 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 — можна проаналізувати для картографування та характеризування чорної діри.

Провідна теорія про те, що таке корона, говорить, що спочатку газ сковзає у чорну діру, перегріваючись до мільйонів градусів. При цій температурі електрони відокремлюються від атомів, утворюючи намагнічену плазму. Підхоплене потужнім обертанням чорної діри, магнітне поле утворює дугу так високо над чорною дірою і так сильно закручується навколо себе, що врешті-решт повністю розривається — ситуація настільки нагадує те, що відбувається навколо нашого Сонця, що запозичила назву «корона».

“Це магнітне поле закручується, а потім розламується поблизу чорної діри, нагріваючи все навколо і виробляє ці високоенергетичні електрони, які потім продовжують виробляти рентгенівське випромінювання”, - сказав Уілкінс.

Коли Уілкінс уважніше глянув на 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 зворотну сторону чорної діри.

“Я кілька років будував теоретичні передбачення того, як ці відлуння постануть перед нами”, - сказав Уілкінс. “Я вже бачив їх в теорії, яку розробляв, тому, коли побачив їх у спостереженнях з телескопа, я зміг зрозуміти пов’язаність з ними”.

Майбутні спостереження

Місія з охарактеризування та розуміння корони триває і потребуватиме більших спостережень. Частиною цього у майбутньому стане рентгенівська обсерваторія Європейського космічного агентства «Athena» (Удосконалений телескоп для високоенергетичної астрофізики). Як співробітник лабораторії Стіва Аллена, професор фізики в Стенфорді та фізики елементарних частинок та астрофізики в SLAC, Уілкінс допомагає розробити частину детектора Wide Field Imager для Athena.

“У нього значно більше дзеркало, ніж у нас коли-небудь було на рентгенівському телескопі, і це дозволить нам отримати більш високу роздільну здатність за набагато коротший час спостережень”, - каже Уілкінс. “Отже, картина, яку ми зараз починаємо отримувати з даних, стане набагато чіткішою завдяки цим новим обсерваторіям”.

Співавторами цього дослідження є співробітники Університету Святої Марії (Канада), Нідерландського інституту космічних досліджень (SRON), Університету Амстердама та Університету штату Пенсільванія.

Ця робота була підтримана програмами NASA NuSTAR та XMM-Newton Guest Observer, стипендією Кавлі у Стенфордському університеті та фондом В.М. Вілламана в Пенсильванському державному університеті.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.