Ученые обнаружили близкую черную дыру по рентгеновским лучам

Новое исследование показывает, что объект известный как SS 433 , расположенный в галактике Млечный Путь , на расстоянии всего 20 тысяч световых лет от Земли, является сверхъестественным источником рентгеновского излучения или ULX.

Согласно исследованию, высокоэнергетические рентгеновские лучи от SS 433 первоначально ограничиваются двумя газовыми конусами, выходящими наружу с противоположных сторон центрального объекта. Эти конусы похожи на зеркальную чашу, которая окружает лампочку фонарика: они загоняют рентгеновский свет от SS 433 в узкий луч, пока он не ускользнет и не будет обнаружен NuSTAR. Но поскольку конусы не указывают прямо на Землю, NuSTAR не может видеть полную яркость объекта.

На этой иллюстрации изображена SS 433, черная дыра или нейтронная звезда.
На этой иллюстрации изображена SS 433, черная дыра или нейтронная звезда, которая отводит материал от своей звезды-компаньона. Звездное вещество образует диск вокруг SS 433, и часть материала выбрасывается в космос в виде двух тонких струй (розовых), движущихся в противоположных направлениях от SS 433. Источник: DESY / Научная коммуникационная лаборатория

«Мы давно подозревали, что некоторые ULX излучают свет узкими колоннами, а не во всех направлениях, как голая лампочка, – сказал Мэтт Миддлтон, профессор астрофизики Саутгемптонского университета в Великобритании и ведущий автор исследования. – В нашем исследовании мы подтверждаем эту гипотезу, показывая, что SS 433 может квалифицироваться как ULX для непосредственного наблюдателя».

Если ULX, относительно близкий к Земле, может скрыть свою истинную яркость из-за того, как он ориентирован, то, вероятно, существует больше ULX, особенно в других галактиках, замаскированных аналогичным образом. Это означает, что общая популяция ULX должна быть намного больше, чем наблюдают ученые в настоящее время.

Конус тьмы

Около 500 ULX были обнаружены в других галактиках, и их расстояние от Земли означает, что часто почти невозможно сказать, какой тип объекта генерирует рентгеновское излучение. Рентгеновские лучи, вероятно, исходят от большого количества газа, нагретого до экстремальных температур, поскольку он притягивается гравитацией очень плотного объекта. Этим объектом может быть нейтронная звезда (остатки коллапсирующей звезды) или небольшая черная дыра, масса которой не более чем примерно в 30 раз превышает массу нашего Солнца.

Газ образует диск вокруг объекта, как вода, кружащаяся в канализации. Трение в диске увеличивает температуру, заставляя его излучать, иногда становясь настолько горячим, что система взрывается рентгеновскими лучами. Чем быстрее материал падает на центральный объект, тем ярче рентгеновские лучи.

Скорее черная дыра

Астрономы подозревают, что объект в центре SS 433 – это черная дыра, примерно в 10 раз превышающая массу нашего Солнца. Что известно наверняка, так это то, что она каннибализирует большую ближайшую звезду, ее гравитация быстро вытягивает материал: за один год SS 433 крадет у своего соседа массу, примерно в 30 раз превышающую массу Земли, что делает ее самой жадной черной дырой или нейтронной звездой, известной в нашей галактике.

«Давно известно, что эта штука ест с феноменальной скоростью, – сказал Миддлтон. – Это то, что отличает ULX от других объектов, и, вероятно, это основная причина большого количества рентгеновских лучей, которые мы видим от них».

У объекта в SS 433 глаза больше, чем его живот: он крадет больше материала, чем может потребить. Часть лишнего материала сдувается с диска и образует две полусферы на противоположных сторонах диска. Внутри каждого есть конусообразная пустота, открывающаяся в космос. Это конусы, которые загоняют высокоэнергетический рентгеновский свет в пучок. Любой, кто взглянет прямо на один из конусов, увидит очевидный ULX. Хотя конусы состоят только из газа, они настолько толстые и массивные, что действуют как свинцовые панели в рентгеновской комнате и блокируют прохождение рентгеновских лучей через них в сторону.

Космический объект SS 433 содержит яркий источник рентгеновского излучения, окруженный двумя полушариями горячего газа.
Космический объект SS 433 содержит яркий источник рентгеновского излучения, окруженный двумя полушариями горячего газа. Газ загоняет свет в пучки, направленные в противоположные стороны от источника. SS 433 периодически наклоняется, заставляя один рентгеновский луч указывать на Землю.
Источник: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Ученые подозревали, что по этой причине некоторые ULX могут быть скрыты от глаз. SS 433 предоставил уникальный шанс проверить эту идею, потому что, как волчок, он колеблется вокруг своей оси – процесс, который астрономы называют прецессией.

В большинстве случаев оба конуса SS 433 указывают далеко от Земли. Но из-за того, как SS 433 прецессирует, один конус периодически слегка наклоняется к Земле, поэтому ученые могут видеть небольшую часть рентгеновского света, выходящего из вершины конуса. В новом исследовании ученые изучили, как рентгеновские лучи, видимые NuSTAR, меняются при движении SS 433. Они показывают, что если бы конус продолжал наклоняться к Земле, чтобы ученые могли смотреть прямо вниз, они бы увидели достаточно рентгеновского света, чтобы официально назвать SS 433 ULX.

Жадные черные дыры

Черные дыры, которые питаются с огромной скоростью, сформировали историю нашей Вселенной. Сверхмассивные черные дыры, масса которых в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца, могут серьезно повлиять на свою родительскую галактику, когда они питаются. В начале истории Вселенной некоторые из этих массивных черных дыр могли питаться так же быстро, как SS 433, выпуская огромное количество излучения, которое изменило локальную среду. Источники (как конусы в SS 433) перераспределяют материю, которая в конечном итоге может образовывать звезды и другие объекты.

Но из-за того, что эти быстро съедающие чудовища обитают в невероятно далеких галактиках (та, что в центре Млечного Пути, в настоящее время мало ест), их по-прежнему трудно изучать. С помощью SS 433 ученые нашли миниатюрный пример этого процесса, гораздо ближе к дому и намного проще для изучения, а NuSTAR предоставил новое понимание происходящей там активности.

Иллюстрация космического корабля NuSTAR с мачтой длиной 30 футов (10 метров), которая отделяет оптические модули (справа) от детекторов в фокальной плоскости (слева).
Иллюстрация космического корабля NuSTAR с мачтой длиной 30 футов (10 метров), которая отделяет оптические модули (справа) от детекторов в фокальной плоскости (слева). Это разделение необходимо для метода, используемого для обнаружения рентгеновских лучей.
Источник: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

«Когда мы запустили NuSTAR, я не думаю, что кто-то ожидал, что ULX станут для нас такой богатой областью исследований, – сказала Фиона Харрисон, главный исследователь NuSTAR и профессор физики в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене, Калифорния. – Но NuSTAR уникален тем, что может видеть почти весь диапазон длин волн рентгеновского излучения, излучаемого этими объектами, и это дает нам представление об экстремальных процессах, которые должны ими управлять».

Ученые исследуют, как сверхмассивная черная дыра поглощает гигантскую звезду

Читайте обзоры:

-->