V404 Cygni: величезні кільця навколо чорної діри

Навколо чорної діри із зорею-компаньйоном астрономи помітили незвичайний набір кілець у рентгенівському випромінюванні, створені світловим відлунням — явищем, подібним до відлуння звукових хвиль, що відскакують від твердих поверхонь.

Про це розповідають на сайті рентгенівської обсерваторії НАСА “Чандра”.

На зображенні вище представлений дивовижний набір кілець навколо чорної діри, знятий за допомогою рентгенівської обсерваторії Чандра та обсерваторії “Свіфт” ім. Ніла Герелса. Рентгенівські знімки гігантських кілець розкривають інформацію про пил, що знаходиться в нашій галактиці, використовуючи принцип, подібний до рентгенівського випромінювання, що застосовується у лікарнях та аеропортах.

Чорна діра є частиною бінарної системи під назвою V404 Cygni, розташованої приблизно за 7800 світлових років від Землі. Чорна діра активно відтягує матеріал від зірки-компаньйона — приблизно з половиною маси Сонця — у диск навколо невидимого об'єкта. Цей матеріал світиться у рентгені, тому астрономи називають ці системи «рентгенівськими бінарами».

5 червня 2015 року Свіфт виявив сплеск рентгенівського випромінювання від V404 Cygni. Вибух створив високоенергетичні кільця у результаті явища, відомого як світлове відлуння. Замість звукових хвиль, що відскакують від стін каньйону, світлове відлуння навколо V404 Cygni виникло, коли сплеск рентгенівських променів із системи чорної діри відскакував від хмар пилу між V404 Cygni та Землею. Космічний пил не схожий на побутовий пил, а більше нагадує дим і складається з крихітних твердих частинок.

© X-ray: NASA/CXC/U.Wisc-Madison/S. Heinz et al.; Optical/IR: Pan-STARRS

На цьому складеному зображенні рентгенівські промені з Чандри (світло-блакитний) були об'єднані з оптичними даними телескопа Pan-STARRS на Гаваях, які показують зорі в полі огляду. Зображення містить вісім окремих концентричних кілець. Кожне кільце створене рентгенівськими променями зі спалахів V404 Cygni, що спостерігалися у 2015 році, які відбиваються від різних хмар пилу. (Нижче, ілюстрація художника пояснює, як були отримані кільця, побачені Чандрою та Свіфтом. Для спрощення графіки, ілюстрація показує лише чотири кільця замість восьми.)

Ілюстрація художника детально показує, як виробляється кільцева структура, побачена Чандрою та Свіфтом. Кожне кільце викликається відбиванням рентгенівських променів від різних хмар пилу. Якщо хмара ближче до нас, кільце здається більшим. Результатом є набір концентричних кілець з різними видимими розмірами залежно від відстані проміжної хмари від нас. © Univ. of Wisconsin-Madison/S.Heinz

Група дослідників під керівництвом Себастьяна Хайнца з Вісконсінського університету в Медісоні проаналізувала 50 спостережень Свіфтом за системою, зроблених у 2015 році між 30 червня та 25 серпня, та спостереження Чандри, зроблені 11 та 25 липня 2015 року. Це була настільки яскрава подія, що оператори Чандри навмисно помістили V404 Cygni між детекторами, щоб черговий яскравий спалах не пошкодив прилад.

Кільця розповідають астрономам не тільки про поведінку чорної діри, але і про ландшафт між V404 Cygni та Землею. Наприклад, діаметр кілець у рентгені показує відстань до проміжних хмар пилу, від яких рикошетує світло. Якщо хмара знаходиться ближче до Землі, кільце здається більшим, і навпаки. Світлові відлуння виглядають як вузькі кільця, а не як широкі кільця або ореоли, тому що рентгенівський сплеск тривав лише відносно короткий проміжок часу.

Дослідники також використовували кільця для визначення властивостей самих пилових хмар. Вони порівняли рентгенівські спектри – тобто яскравість рентгенівського випромінювання на діапазоні довжин хвиль – з комп’ютерними моделями пилу з різним складом. Різні склади пилу призводять до поглинання різної кількості рентгенівських променів з меншою енергією та запобігання їх виявленню за допомогою Чандри. Цей принцип подібний до того, як різні частини нашого тіла або нашого багажу поглинають різну кількість рентгенівських променів, даючи інформацію про їхню будову та склад.

Команда визначила, що пил, швидше за все, містить суміші графітових та силікатних зерен. Крім того, аналізуючи внутрішні кільця за допомогою Чандри, вони виявили, що густина пилових хмар неоднакова у всіх напрямках. Попередні дослідження припускали, що це не так.

Стаття з описом результатів дослідження V404 Cygni була опублікована в номері The Astrophysical Journal за 1 липня 2016 р. Автори дослідження: Себастьян Хайнц, Лія Корралес (Мічиганський університет); Рендалл Сміт (Гарвард-Смітсонівський Центр астрофізики); Ніл Брандт (Пенсильванський державний університет); Пітер Йонкер (Нідерландський інститут космічних досліджень); Річард Плоткін (Університет Невади, Ріно); та Джої Нілсон (Університет Вілланови).

Цей результат пов'язаний із подібним відкриттям рентгенівського бінара Circinus X-1, який містить нейтронну зорю, а не чорну діру, опублікований у The Astrophysical Journal 20 червня 2015 року в статті від під назвою “Володар кілець: кінематична відстань до Circinus X-1 від гігантського рентгенівського світлового відлуння”. Те дослідження також очолив Себастьян Хайнц.

Щороку публікується багато статей, у яких повідомлялося про дослідження спалаху V404 Cygni у 2015 році, яка спричинила ці кільця. Попередні спалахи були зафіксовані у 1938, 1956 та 1989 роках, тому в астрономів ще багато років, щоб продовжувати аналіз 2015 року.

Центр космічних польотів НАСА ім. Маршалла керує програмою “Чандра”. Рентгенівський центр “Чандра” Смітсонівської астрофізичної обсерваторії контролює науковими роботами з Кембриджу, штат Массачусетс, а польотними операціями — з Берлінгтона, штат Массачусетс.

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