9.5K
Черные дыры известны тем, что поглощают материал, попавший в их окружение. Однако, не все, что в них падает, «исчезает» навсегда. Небольшой части вещества удается ускользнуть от голодных монстров в виде мощных струй горячего газа (плазмы), которые могут нанести ущерб окружению черных дыр. Попутно эта плазма каким-то образом заряжается настолько сильно, что начинает излучать видимый свет, образуя две яркие струи вдоль оси вращения черной дыры. Ученые давно пытаются ответить на вопрос: что и в какой момент заставляет сиять лучи плазмы?
Благодаря космическому телескопу NASA «NuSTAR» и камере «ULTRACAM» в Обсерватории Уильяма Гершеля в Ла-Пальме (Испания) ученые смогли измерить расстояние (зону ускорения), которое пробегают частицы в струях плазмы, прежде чем «включаются» и становятся яркими источниками света. Исследование представлено в журнале Nature Astronomy.
В своей работе исследователи изучили две рентгеновские бинарные системы в Млечном Пути. Каждая из них состоит из черной дыры и нормальной звезды, поглощаемой компаньоном.
Первая система, V404 Лебедя, достигла максимальной яркости в июне 2015 года. В тот момент она произвела самую яркую вспышку, которую удавалось зафиксировать ученым у рентгеновских двойных в XXI веке. Вторая пара, GX 339-4, в момент наблюдения светила всего на 1% от ожидаемого. Звезда и черная дыра в GX 339-4 находятся намного ближе друг к другу, чем в системе V404 Лебедя.
Несмотря на их различие, системы показали одинаковые временные задержки (около одной десятой секунды) между фиксацией «NuSTAR» первого рентгеновского излучения и «ULTRACAM» видимого света.
«Одно из возможных объяснений заключается в том, что физика джетов не определяется размером аккреционного диска, а зависит от скорости, температуры и других свойств частиц в них», – рассказывает Пошак Ганди, ведущий автор исследования из Университета Саутгемптона (Великобритания).
Самое убедительное предположение, которое объясняет полученные задержки, заключается в том, что рентгеновский свет излучает материал, находящийся очень близко к черной дыре. Сначала сильные магнитные поля разгоняют часть вещества. Это приводит к тому, что частицы сталкиваются на скорости близкой к скорости света, возбуждая плазму, которая со временем порождает поток оптического излучения.
Но в какой момент плазма начинает светиться? Ответ на этот вопрос кроется в задержке между рентгеновским и оптическим излучениями. Путем умножения времени задержки на скорость частиц ученые определили максимальное пройденное ими расстояние, которое оказалось равным примерно 30 000 километрам. Отрезок представляет собой зону внутреннего ускорения, в которой плазма разгоняется и «включается», излучая свет. Это чуть меньше трех диаметров Земли и невероятно мало в космическом масштабе, особенно учитывая то, что черная дыра в V404 Лебедя массивнее нашей планеты в 3 миллиона раз.
Данный процесс, по мнению ученых, применим и к сверхмассивным черным дырам, однако, временная задержка в них и, следовательно, «зона ускорения», должны быть в миллионы раз больше.