"Рентгенівське збільшувальне скло" покращує огляд далеких чорних дір

Скориставшись перевагами природної лінзи у космосі, астрономи зафіксували безпрецедентний погляд на рентгенівське випромінювання із системи чорних дір у ранньому Всесвіті.

Про це розповідається на сайті космічної рентгенівської обсерваторії "Чандра" від НАСА.

Це збільшувальне скло було використано вперше для підвищення різкості рентгенівських знімків з використанням Чандри. Воно дозволило отримати докладні відомості про чорні діри, які зазвичай дуже далекі для вивчення за допомогою наявних рентгенівських телескопів.

Астрономи застосували явище, відоме як "гравітаційне лінзування", яке виникає, коли шлях, пройдений світлом від далеких об′єктів, згинається великою концентрацією маси, наприклад, галактикою, яка лежить уздовж лінії зору. Це лінзування може збільшувати та підсилювати світло на більшу величину та створювати повторювані зображення того самого об’єкта. Конфігурація цих дублікатів зображень може бути використана для розшифровки складності об’єкта та підвищення чіткості зображень.

Гравітаційно-лінзована система в новому дослідженні називається MG B2016+112. Рентгенівські промені, виявлені Чандрою, були випущені цією системою, коли Всесвіту було всього 2 мільярди років, у порівнянні з її поточним віком у майже 14 мільярдів років.

"Наші спроби побачити та зрозуміти такі віддалені об′єкти у рентгені були б приречені на провал, якби у нас не було такого природного збільшувального скла", - сказав Ден Шварц з Гарвард-Смітсонівського Центру астрофізики (CfA), який очолив дослідження.

Останнє дослідження ґрунтується на попередніх роботах під керівництвом співавтора Крістіани Спінголи, яка зараз працює в Італійському національному інституті астрофізики (INAF) у Болоньї. Використовуючи радіоспостереження за MG B2016+112, тоді її команда знайшла докази існування пари надмасивних чорних дір, що швидко зростають, розділених лише приблизно 650 світловими роками. Вони виявили, що обидва кандидати на чорні діри, можливо, мають джети.

Використовуючи модель гравітаційного лінзування на основі радіоданих, Шварц та його колеги дійшли висновку, що три джерела рентгенівського випромінювання, які вони виявили із системи MG B2016+112, повинні були виникнути в результаті лінзування двох різних об’єктів. Ці два об’єкти, що випускають рентгенівське випромінювання, ймовірно, є парою надмасивних чорних дір, що зростають, або надмасивною чорною дірою, що зростає, та її джетом. Розрахунковий поділ цих двох об′єктів узгоджується з результатами роботи з радіовипромінюванням.

Попередні вимірювання Чандрою пар чи тріо надмасивних чорних дір, що зростають, як правило, стосувалися об’єктів, які знаходяться набагато ближче до Землі, або мають значно більші відстані між об’єктами. Раніше спостерігався рентгенівський джет на ще більшій відстані від Землі, при цьому світло було випущено, коли Всесвіту було лише 7% від його поточного віку. Однак емісія від джета відокремлена від чорної діри приблизно на 160 000 світлових років.

Нинішній результат важливий, оскільки він надає критичну інформацію про швидкість зростання чорних дір у ранньому Всесвіті та виявлення можливої системи подвійних чорних дір. Гравітаційна лінза підсилює світло від цих далеких об′єктів, які в іншому випадку були б надто тьмяними для виявлення. Виявлене рентгенівське світло від одного з об′єктів у MG B2016+112 можливо у 300 разів яскравіше, ніж якщо воно було б без лінзування.

"Астрономи виявили чорні діри з масами в мільярди разів більші, ніж наше Сонце, які утворилися всього через сотні мільйонів років після Великого вибуху, коли вік Всесвіту становив лише кілька відсотків від його поточного віку", - сказала Спінгола. "Ми хочемо розгадати таємницю того, як ці надмасивні чорні діри так швидко набрали масу".

Підсилення гравітаційного лінзування може дозволити дослідникам оцінити, скільки систем, що містять дві надмасивні чорні діри, мають достатньо мале відокремлення між собою для створення гравітаційних хвиль, які можна буде спостерігати в майбутньому за допомогою космічних детекторів.

"Багато в чому цей результат є захопливим доказом концепції того, як це "збільшувальне скло" може допомогти нам розкрити фізику далеких надмасивних чорних дір за допомогою нового підходу. Без цього ефекту Чандрі довелося б спостерігати за ним у кілька сотень разів довше, і навіть тоді не вдалося б виявити складних структур", - сказала співавтор Анна Барначка з CfA та Ягеллонського університету, яка розробила техніку перетворення гравітаційних лінз у телескопи з високою роздільною здатністю для покращення різкості зображень.

"Завдяки гравітаційному лінзуванню набагато довші спостереження Чандри зможуть розрізнити пару чорних дір та чорну діру плюс джет. Ми також з нетерпінням чекаємо на застосування цієї техніки в майбутньому, особливо у зв′язку з тим, що спостереження за допомогою великих нових оптичних та радіоустановок, які незабаром увійдуть до ладу, матимуть десятки тисяч цілей", - підсумував Шварц.

Невизначеність у рентгенівському положенні одного з об’єктів у MG B2016+112 становить 130 світлових років в одному вимірі та 2000 світлових років у іншому, перпендикулярному вимірі. Це означає, що розмір території, де ймовірно знаходиться джерело, більш ніж у 100 разів менше за відповідну площу для типового джерела Чандри, який не є лінзованим. Така точність визначення положення не має аналогів у рентгенівській астрономії для джерел на такій відстані.

Стаття, що описує ці результати, опублікована у серпневому номері The Astrophysical Journal.

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