Астрономы впервые в истории наблюдений зафиксировали рентгеновское излучение, отраженное от дальней стороны аккреционного диска, окружающего сверхмассивную черную дыру. Источник расположен в центре галактики, удаленной от нас примерно на 800 миллионов световых лет. Полученные данные и выводы ученых представлены в журнале Nature.
«Любой свет, который попадает в черную дыру, не покидает ее, поэтому, на первый взгляд, мы не должны видеть, что находится за ней. Однако у этих экзотических объектов есть интересные свойства, которые позволили увидеть ее «обратную сторону» – черные дыры искривляют окружающее их пространство, отклоняют излучение и скручивают магнитные поля вокруг себя», – рассказывает Дэн Уилкинс, ведущий автор исследования из Стэнфордского университета (Великобритания).
Экстремальное окружение сверхмассивной черной дыры в представлении художника. Credit: ESA
Целью наблюдений сверхмассивной черной дыры в центре галактики I Zwicky 1 было изучение таинственной особенности свойственной лишь некоторым из этих гравитационных монстров – короны.
Считается, что производящие чрезвычайно яркое рентгеновское излучение короны возникают, когда газ приближается к горизонту событий, где нагревается до миллионов градусов. При столь высокой температуре электроны отделяются от атомов, создавая намагниченную плазму, а вовлеченные в стремительное вращение дуги магнитного поля изгибаются и вздымается высоко вверх, где в конце концов полностью разрушаются под его действием.
«Магнитное поле нагревает все окружение черной дыры, в результате чего создаются электроны высокой энергии, которые производят рентгеновское излучение», – добавил Дэн Уилкинс.
На схеме показана корона черной дыры, производящая рентгеновские вспышки, и их световое «эхо», отраженное от аккреционного диска. Credit: ESA
Наблюдения черной дыры проводились с помощью рентгеновских телескопов NASA «NuSTAR» и ESA «XMM-Newton». Изначально астрономы выявили в данных две яркие вспышки. Их анализ, проведенный с применением вновь разработанного метода, который основан на оценках смещения длины света гравитацией черной дыры и временной задержке между начальными сигналами и их копиями, отраженными от передней части аккреционного диска, позволил создать карту окружающей среды вблизи горизонта событий.
Однако, присмотревшись к данным, ученые заметили еще одну серию из более слабых сигналов, которые оказались «эхом» тех же рентгеновских вспышек, отраженных от дальней части диска из газа, окружающего черную дыру.
Анимация показывает последовательность поступления рентгеновской вспышки и ее световых «эхо», отраженных от передней (показано желтым) и задней (показано красным) частей аккреционного диска. Credit: ESA
«Я несколько лет разрабатывал теоретические модели того, как эти отголоски рентгеновских вспышек отобразятся в наблюдениях, поэтому, как только я увидел их в данных, сразу смог проследить связь», – заключил Дэн Уилкинс.