"Рентгеновское увеличительное стекло" улучшает обзор дальних черных дыр

Воспользовавшись преимуществами природной линзы в космосе, астрономы зафиксировали беспрецедентный взгляд на рентгеновское излучение из системы черных дыр в ранней Вселенной.

Об этом рассказывается на сайте космической рентгеновской обсерватории "Чандра" от НАСА.

Это увеличительное стекло было использовано впервые для повышения резкости рентгеновских снимков с использованием Чандры. Оно позволило получить подробные сведения о черных дырах, которые обычно слишком далеки для изучения с помощью существующих рентгеновских телескопов.

Астрономы применили явление, известное как "гравитационное линзирование", которое возникает, когда путь, пройденный светом от далеких объектов, сгибается большой концентрацией массы, например, галактикой, которая лежит вдоль линии зрения. Это линзирование может увеличивать и усиливать свет на большую величину и создавать повторяющиеся изображения того же объекта. Конфигурация этих дубликатов изображений может быть использована для расшифровки сложности объекта и увеличения четкости изображений.

Гравитационно-линзированная система в новом исследовании называется MG B2016+112. Рентгеновские лучи, обнаружены Чандрой, были испущены этой системой, когда Вселенной было всего 2 миллиарда лет, по сравнению с ее текущим возрастом в почти 14 миллиардов лет.

"Наши попытки увидеть и понять такие отдаленные объекты в рентгене были бы обречены на провал, если бы у нас не было такого природного увеличительного стекла", - сказал Дэн Шварц из Гарвард-Смитсоновского Центра астрофизики (CfA), возглавивший исследование.

Последнее исследование основывается на предыдущих работах под руководством соавтора Кристиана Спинголы, которая сейчас работает в Итальянском национальном институте астрофизики (INAF) в Болонье. Используя радионаблюдения за MG B2016+112, тогда ее команда нашла доказательства существования пары быстро растущих сверхмассивных черных дыр, разделенных лишь примерно 650 световыми годами. Они обнаружили, что оба кандидата в черные дыры, возможно, имеют джеты.

Используя модель гравитационного линзирования на основе радиоданных, Шварц и его коллеги пришли к выводу, что три источника рентгеновского излучения, которые они обнаружили из системы MG B2016+112, должны были возникнуть в результате линзирования двух различных объектов. Эти два объекта, испускающие рентгеновское излучение, вероятно, представляют собой пару растущих сверхмассивных черных дыр или растущую сверхмассивную черную дыру и ее джет. Расчетное разделение этих двух объектов согласуется с результатами работы с радиоизлучением.

Предыдущие измерения Чандрой пар или трио растущих сверхмассивных черных дыр, как правило, касались объектов, которые находятся гораздо ближе к Земле, или имеют значительно большие расстояния между объектами. Ранее наблюдался рентгеновский джет на еще большем расстоянии от Земли, при этом свет был выпущен, когда Вселенной было всего 7% от ее текущего возраста. Однако эмиссия джета отделена от черной дыры примерно на 160 000 световых лет.

Нынешний результат важен, поскольку он предоставляет критическую информацию о скорости роста черных дыр в ранней Вселенной и выявление возможной системы двойных черных дыр. Гравитационная линза усиливает свет от этих далеких объектов, которые в противном случае были бы слишком тусклыми для обнаружения. Обнаруженный рентгеновский свет от одного из объектов в MG B2016+112 возможно в 300 раз ярче, чем если бы он было без линзирования.

"Астрономы обнаружили черные дыры с массами в миллиарды раз больше, чем наше Солнце, которые образовались всего через сотни миллионов лет после Большого взрыва, когда возраст Вселенной составлял всего несколько процентов от ее текущего возраста", - сказала Спингола. "Мы хотим разгадать тайну того, как эти сверхмассивные черные дыры так быстро набрали массу".

Усиление гравитационного линзирования может позволить исследователям оценить, сколько систем, содержащих две сверхмассивные черные дыры, имеют достаточно малое отделения между собой для создания гравитационных волн, которые можно будет наблюдать в будущем с помощью космических детекторов.

"Во многом этот результат является захватывающим доказательством концепции того, как это "увеличительное стекло" может помочь нам раскрыть физику дальних сверхмассивных черных дыр с помощью нового подхода. Без этого эффекта Чандре пришлось бы наблюдать за ним в несколько сотен раз дольше, и даже не удалось бы выявить сложных структур ", - сказала соавтор Анна Барначка из CfA и Ягеллонского университета, разработавшая технику преобразования гравитационных линз в телескопы с высоким разрешением для улучшения резкости изображений.

"Благодаря гравитационного линзирования гораздо более длинные наблюдения Чандры смогут различить пару черных дыр и черную дыру плюс джет. Мы также с нетерпением ждем применения этой техники в будущем, особенно в связи с тем, что наблюдения с помощью больших новых оптических и радиоустановок, которые вскоре войдут в строй, будут иметь десятки тысяч целей", - подытожил Шварц.

Неопределенность в рентгеновском положении одного из объектов в MG B2016+112 составляет 130 световых лет в одном измерении и 2000 световых лет в другом, перпендикулярном измерении. Это означает, что размер территории, где предположительно находится источник, более чем в 100 раз меньше соответствующей площади для типичного источника Чандры, который не является линзованим. Такая точность определения положения не имеет аналогов в рентгеновской астрономии для источников на таком расстоянии.

Статья, описывающая эти результаты, опубликована в августовском номере The Astrophysical Journal.

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