Астрономы получают радиосигналы из черной дыры

0

Астрономы обнаружили радиосигналы, исходящие из сверхмассивной черной дыры, поглощающей звезду, что указывает на то, что черная дыра испускает поток энергии, пропорциональный объему «съеденного» звездного вещества.

Съеденная звезда

Основываясь на теоретических моделях эволюции черных дыр и наблюдениях далеких галактик, астрономы имеют общее понимание о том, что происходит во время так называемого приливного разрушения звезды: когда звезда оказывается слишком близко к черной дыре, из-за гравитационное притяжения последней на звезде начинаются приливы — подобно тому, как Луна вызывает океанские приливы на Земле.

ASSASN-14li

Аккреционный диск ASSASN-14li в представлении художника.

Гравитационные силы черной дыры невероятно огромны — они разрушают звезду, растягивая и сплющивая ее в блин. В конечном итоге, звезду просто разрывает на куски; ее осколки не падают в черную дыру радиально, вместо этого они двигаются вокруг нее по орбите — как вода в ванной, уходящая в слив.

Вследствие этого образуется аккреционный диск — водоворот диффузного материала, который через некоторое время всасывается в черную дыру. Распределение скоростей в диске соответствует законам Кеплера: слои, расположенные ближе к черной дыре, будут иметь большие скорости.

Весь этот процесс генерирует колоссальные всплески энергии в электромагнитном спектре. Астрономы наблюдали эти всплески в оптическом, ультрафиолетовом и рентгеновских диапазонах, а также иногда в виде радиоволн.

Источником рентгеновского излучения считается сверхразогретое вещество во внутренних областях аккреционного диска — в том месте, где остатки звезды вот-вот будут поглощены черной дырой. Оптическое и ультрафиолетовое излучение испускается более удаленным от центра воронки веществом аккреционного диска.

Однако, что является источником радиоизлучения, до настоящего момента было предметом жарких споров. Мы знаем, что радиоволны исходят от энергетических электронов, движущихся в магнитном поле. Откуда же берутся эти энергетические электроны?

ASASSN-14li

11 ноября 2014 года при помощи системы All-sky Automated Survey for Supernovae или ASAS-SN (комплекса из 14 телескопов, в автоматическом режиме прочесывающих небо в поисках сверхновых звезд), был обнаружен выброс приливной энергии в центре галактики PGC 43234, которая находится на расстоянии примерно 290 миллионов световых лет от Земли. Вскоре после открытия, несколько электромагнитных телескопов сосредоточились на событии, получившем название ASASSN-14li.

Доктор Пашем из Университета Джона Хопкинса, и его коллега, доктор Сйорт ван Вельзен из Нью-Йоркского университета, изучили данные, полученные в ходе наблюдения за событием. Они обнаружили явное сходство с тем, что ранее видели при наблюдении за выбросом в рентгеновском излучении.

ASSASN-14li

Поглощение звезды сверхмассивной черной дырой ASSASN14li в представлении художника.

При сравнении рентгеновских данных, и данных, собранных в радиодиапазоне, была обнаружена поразительная деталь — несмотря на то, что зафиксированные излучения разделяли целых 13 дней, сходство между ними составляло почти 90%. То есть, те же колебания, что и в рентгеновском спектре, появились через 13 дней в радиодиапазоне.

«Единственный способ, с помощью которого может произойти подобное дублирование, — это физический процесс, который каким-то образом связывает аккреционный поток, генерирующий рентгеновское излучение, с той частью, где появляется радиоизлучение», — рассказывает доктор Пашем.

С помощью этих же данных, команда вычислила размер области, испускающей рентгеновские лучи —  ее размер оказался примерно в 25 раз больше размеров Солнца, тогда как область, в которой возникало радиоизлучение, была примерно в 400 000 раз больше Солнца.

«То, что мы наблюдаем — не просто совпадение. Очевидно, что существует определенная связь между небольшой областью, производящей рентгеновские лучи, и большой областью, производящей радиоволны», — отметил доктор Пашем.

Источник радиоволн

Авторы исследования предполагают, что источником радиоволн является поток высокоэнергетических частиц, который начал изливаться из ASASSN-14li вскоре после того, как черная дыра начала поглощать вещество взорванной звезды.

Поскольку область струи, в которой впервые были сформированы радиоволны, была невероятно плотной (густо заполненной электронами), основная часть радиоизлучения была немедленно поглощена другими электронами.

Только когда электроны продвинулись по течению потока «к выходу», радиоволны смогли пробиться наружу, создавая сигнал, который в конечном итоге и обнаружила команда исследователей.

«Таким образом, сила потока контролируется скоростью аккреции или скоростью, с которой черная дыра поглощает остатки звезды, испускающие рентгеновское излучение», — говорят ученые.

В конечном счете, результаты могут помочь астрономам лучше описать физику поведения потока частиц — важный момент в моделировании эволюции галактик.

«Считается, что галактики растут, производя новые звезды. Этот процесс требует очень низких температур», — поясняет доктор Пашем.

«Когда черная дыра испускает струю частиц, она, по сути, нагревает окружающую галактику, создавая временную паузу в процессе производства звезд. Наши новые знания о возникновении потока частиц и аккреции черных дыр может помочь упростить модели эволюции галактики».

«Если скорость «поедания» черной дырой звездного вещества пропорциональна скорости, с которой она испускает энергию, и точно так же ведет себя каждая черная дыра, то мы получаем очень простое правило, которое можно использовать в симуляциях эволюционирования галактик. А это позволяет нам еще на шаг приблизиться к пониманию нашей Галактики».

По материалам исследования, опубликованного в The Astrophysical Journal

Поделиться.

Комментарии закрыты