В Млечном Пути обнаружили несколько черных дыр с «эхом»

Эхо света, отражающегося от плотных облаков вещества вокруг активных черных дыр, помогает астрономам лучше понять причудливое пространство-время в непосредственной близости от этих экстремальных объектов.

В пределах Млечного Пути астрономы только что обнаружили восемь новых примеров таких эхолокационных черных дыр. Ранее в пределах нашей галактики было обнаружено только две.

Наличие такого большого числа таких дыр так близко к дому позволяет гораздо ближе изучить эти удивительные объекты, с уникальным пониманием физики черных дыр, которое они могут предложить.

Черные дыры звездной массы - те, которые образовались в результате коллапса массивного звездного ядра - считаются довольно распространенными в Млечном Пути.

В галактике их насчитывается до миллиарда, но обнаружить их довольно сложно; на сегодняшний день мы выявили лишь несколько. Это потому, что, если они не активны, они не испускают никакого излучения, которое мы могли бы обнаружить. Они фактически невидимы.

Однако, когда черные дыры активны, это совсем другая история. Активная черная дыра - это та, которая поймала что-то в свою гравитационную сеть и постепенно поглощает это.

Материал образует аккреционный диск из пыли и газа, вращающийся вокруг черной дыры и падающий в нее, подобно тому, как вода кружит и скатывается в канализацию. Безумные фрикционные и гравитационные взаимодействия порождают интенсивное тепло и свет, заставляя область вокруг черной дыры светиться.

В редких черных дырах мы также можем наблюдать удивительное явление. Время от времени область внутри обода аккреционного диска, расположенная ближе всего к активной сверхмассивной черной дыре, ярко вспыхивает - когда эта вспышка света достигает пыли, она отражается обратно - эхо.

Группа исследователей под руководством астрофизика Цзиньи Ванга из Массачусетского технологического института использовала новый автоматизированный инструмент под названием "Реверберационная машина" для анализа всех архивных данных рентгеновской обсерватории НАСА NICER в поисках характерных признаков эха черных дыр.

В результате поиска было обнаружено восемь систем - бинарных звезд, содержащих черную дыру, с бинарной звездой-компаньоном, которую постепенно разрывает и пожирает черная дыра.

"Мы видим новые признаки реверберации в восьми источниках", - говорит Ванг. "Масса черных дыр варьируется от пяти до 15 раз больше массы Солнца, и все они находятся в бинарных системах с обычными звездами с низкой массой, похожими на Солнце".

Несмотря на редкость, эти эхо-сигналы могут многое рассказать о среде вокруг черной дыры. Можно проанализировать свет, как от первоначальной вспышки, так и от эха, чтобы измерить пространство между черной дырой и пылью, подобно тому, как летучая мышь использует эхолокацию, чтобы ориентироваться в окружающей среде.

Эхо от черных дыр также можно использовать для изучения того, как корона черной дыры и аккреционный диск изменяются по мере "питания" черной дыры. Корона - это область обжигающе горячих электронов между внутренним краем аккреционного диска и горизонтом событий.

Далее команда проанализировала 10 рентгеновских бинарных систем, разделив данные на группы с одинаковыми временными задержками между первоначальным рентгеновским всплеском и эхо-светом. Это позволило им отследить изменения в рентгеновских отголосках и составить общую картину того, как черная дыра меняется во время рентгеновской вспышки.

Сначала черная дыра находится в "жестком" состоянии, генерируя корону и испуская высокоскоростные струи плазмы из областей над своими полюсами. Когда эти процессы доминируют в энергетическом профиле черной дыры, временные интервалы между рентгеновскими всплесками и их отголосками коротки, в масштабе миллисекунд.

Такое состояние длится несколько недель, после чего наступает "мягкое" состояние, в котором доминирует рентгеновское излучение более низкой энергии от аккреционного диска. Во время этого перехода временные интервалы между всплесками и эхо-сигналами удлиняются.

Поскольку скорость света постоянна, этот растущий временной интервал говорит о том, что расстояние между короной и диском увеличивается.

Команда считает, что это может означать, что корона расширяется вверх и наружу по мере того, как событие питания заканчивается и черная дыра затихает до следующего прилива материала, отбираемого у ее звездного компаньона.

Пока это не совсем ясно, но результаты исследования имеют значение не только для понимания этих небольших видов черных дыр, но и сверхмассивных гигантов, которые можно найти в ядрах галактик. Это, в свою очередь, может помочь нам лучше понять эволюцию Вселенной.

"Роль черных дыр в эволюции галактик - это нерешенный вопрос в современной астрофизике", - говорит физик Эрин Кара из Массачусетского технологического института, которая работала над преобразованием эха черных дыр в звук, как показано на видео выше.

Интересно, что эти двойные черные дыры, по-видимому, являются "мини" сверхмассивными черными дырами, и поэтому, понимая вспышки в этих небольших, близлежащих системах, мы можем понять, как подобные вспышки сверхмассивных черных дыр влияют на галактики, в которых они находятся".

Исследование было опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.