V404 Cygni: огромные кольца вокруг черной дыры

Вокруг черной дыры со звездой-компаньоном астрономы заметили необычный набор колец в рентгеновском излучении, созданные световым эхом — явлением, подобным эху от звуковых волн, отскакивающих от твердых поверхностей.

Об этом рассказывают на сайте рентгеновской обсерватории НАСА "Чандра".

На изображении выше представлен удивительный набор колец вокруг черной дыры, снятый с помощью рентгеновской обсерватории Чандра и обсерватории "Свифт" им. Нила Герелса. Рентгеновские снимки гигантских колец раскрывают информацию о пыле, которая находится в нашей галактике, используя принцип, подобный рентгеновскому излучению, применяещемуся в больницах и аэропортах.

Черная дыра является частью бинарной системы под названием V404 Cygni, расположенной на расстоянии примерно 7800 световых лет от Земли. Черная дыра активно оттягивает материал от звезды-компаньона — примерно в половину массы Солнца — в диск вокруг невидимого объекта. Этот материал светится в рентгене, поэтому астрономы называют эти системы «рентгеновскими бинарами».

5 июня 2015 года Свифт обнаружил всплеск рентгеновского излучения от V404 Cygni. Взрыв создал высокоэнергетические кольца в результате явления, известного как световое эхо. Вместо звуковых волн, отскакивающих от стен каньона, световое эхо вокруг V404 Cygni возникло, когда всплеск рентгеновских лучей из системы черной дыры отскакивал от облаков пыли между V404 Cygni и Землей. Космическая пыль не похожа на бытовую пыль, а больше напоминает дым и состоит из крошечных твердых частиц.

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

На этом сложенном изображении рентгеновские лучи с Чандры (светло-голубой) были объединены с оптическими данными телескопа Pan-STARRS на Гавайях, которые показывают звезды в поле обзора. Изображение содержит восемь отдельных концентрических колец. Каждое кольцо создано рентгеновскими лучами со вспышек V404 Cygni, наблюдавшиеся в 2015 году, которые отражаются от различных облаков пыли. (Ниже, иллюстрация художника объясняет, как были получены кольца, увиденные Чандрой и Свифтом. Для упрощения графики, иллюстрация показывает только четыре кольца вместо восьми.)

Иллюстрация художника подробно показывает, как производится кольцевая структура, увиденная Чандрой и Свифтом. Каждое кольцо вызывается отражением рентгеновских лучей от различных облаков пыли. Если облако ближе к нам, кольцо кажется более большим. Результатом является набор концентрических колец с различными видимыми размерами в зависимости от расстояния промежуточного облака от нас. © Univ. of Wisconsin-Madison/S.Heinz

Группа исследователей под руководством Себастьяна Хайнца из Висконсинского университета в Мэдисоне проанализировала 50 наблюдений Свифта за системой, сделанных в 2015 году между 30 июня и 25 августа, и наблюдения Чандры, сделанные 11 и 25 июля 2015-го. Это была настолько яркое событие, что операторы Чандры намеренно поместили V404 Cygni между детекторами, чтобы очередная яркая вспышка не повредила прибор.

Кольца рассказывают астрономам не только о поведении черной дыры, но и о ландшафте между V404 Cygni и Землей. Например, диаметр колец в рентгене показывает расстояние до промежуточных облаков пыли, от которых рикошетит свет. Если облако находится ближе к Земле, кольцо кажется более большим, и наоборот. Световые эхо выглядят как узкие кольца, а не как широкие кольца или ореолы, потому что рентгеновский всплеск длился всего относительно короткий промежуток времени.

Исследователи также использовали кольца для определения свойств самих пылевых облаков. Они сравнили рентгеновские спектры — то есть яркость рентгеновского излучения на диапазоне длин волн — с компьютерными моделями пыли с разным составом. Различные составы пыли приводят к поглощению разного количества рентгеновских лучей с меньшей энергией и предотвращению их выявления с помощью Чандры. Этот принцип подобен тому, как различные части нашего тела или нашего багажа поглощают разное количество рентгеновских лучей, давая информацию об их строении и составе.

Команда определила, что пыль, скорее всего, содержит смеси графитовых и силикатных зерен. Кроме того, анализируя внутренние кольца с помощью Чандры, они обнаружили, что плотность пылевых облаков неодинакова во всех направлениях. Предыдущие исследования предполагали, что это не так.

Статья с описанием результатов исследования V404 Cygni была опубликована в номере The Astrophysical Journal за 1 июля 2016 года. Авторы исследования: Себастьян Хайнц, Лия Корралес (Мичиганский университет); Рэндалл Смит (Гарвард-Смитсоновский Центр астрофизики); Нил Брандт (Пенсильванский государственный университет); Питер Йонкер (Нидерландский институт космических исследований); Ричард Плоткин (Университет Невады, Рино) и Джои Нилсон (Университет Виллановы).

Этот результат связан с подобным открытием рентгеновского бинара Circinus X-1, содержащего нейтронную звезду, а не черную дыру, опубликованным в The Astrophysical Journal 20 июня 2015 года в статье от под названием "Властелин колец: кинематическое расстояние к Circinus X-1 от гигантского рентгеновского светового эхо". То исследование также возглавил Себастьян Хайнц.

Ежегодно публикуется много статей, в которых сообщалось об исследовании вспышки V404 Cygni в 2015 году, которая вызвала эти кольца. Предыдущие вспышки были зафиксированы в 1938, 1956 и 1989 годах, поэтому у астрономов еще много лет, чтобы продолжать анализ 2015 года.

Центр космических полетов НАСА им. Маршалла руководит программой "Чандра". Рентгеновский центр "Чандра" Смитсоновской астрофизической обсерватории контролирует научными работами из Кембриджа, штат Массачусетс, а полетными операциями — из  Берлингтона, штат Массачусетс.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.