Астрофизик из Стэнфорда сообщает о первых в истории записях рентгеновского излучения с обратной стороны черной дыры. Рентгеновские вспышки впервые были замечены с обратной стороны черной дыры исследователем из Стэнфорда. Это еще один сценарий, предсказанный общей теорией относительности Альберта Эйнштейна, который подтвердился более чем через столетие после того, как он был впервые сформулирован.
Все началось, когда астрофизик Стэнфордского университета Дэн Уилкинс заметил интригующую закономерность, когда он наблюдал, как сверхмассивная черная дыра излучает рентгеновские лучи во Вселенную в центре галактики на расстоянии 800 миллионов световых лет от нас. Согласно сообщению Тейлора Куботы из Standford News, Уилкинс наблюдал серию ярких рентгеновских вспышек – захватывающих, но не беспрецедентных.
Эти яркие световые вспышки не являются чем-то необычным, потому что, хотя свет не может покинуть черную дыру, огромная гравитация вокруг нее может нагревать материю до миллионов градусов, испуская при этом радиоволны и рентгеновские лучи. Иногда этот перегретый материал выбрасывается в космос быстрыми струями, включая рентгеновские и гамма-лучи. Но затем телескопы зафиксировали нечто неожиданное и захватывающее – дополнительные рентгеновские вспышки, которые были меньше, позже и разных «цветов», чем первые яркие вспышки.
Согласно теории, эти световые эхо соответствовали рентгеновским лучам, отраженным позади черной дыры, но даже базовое понимание черных дыр говорит нам, что это странное место для света. «Любой свет , который попадет в эту черную дыру не выходит из нее, поэтому мы не должны быть в состоянии видеть все, что находится позади черной дыры», – сказал Уилкинс, который является научным сотрудником Kavli Института астрофизики частиц и космологии в Стэнфордской национальной ускорительной лаборатории (SLAC).
Однако это еще одна странная характеристика черной дыры, которая делает это наблюдение возможным и возвращает нас к великому физику, который опубликовал свою общую теорию относительности еще в 1905-м году. Эйнштейн предсказал, что свет должен изгибаться и отражаться из-за сильного гравитационного притяжения вокруг черной дыры. «Причина, по которой мы можем это видеть, заключается в том, что эта черная дыра искривляет пространство, искривляет свет и закручивает вокруг себя магнитные поля», – объяснил Уилкинс.
Случайное открытие, подробно описанное в статье, опубликованной 28 июля в журнале Nature, является первым прямым наблюдением света из-за черной дыры – сценарий, предсказанный теорией Эйнштейна, но не подтвержденный до сих пор. «Пятьдесят лет назад, когда астрофизики начали размышлять о том, как магнитное поле может вести себя вблизи черной дыры, они понятия не имели, что однажды у нас могут появиться методы, позволяющие наблюдать это напрямую и увидеть общую теорию относительности Эйнштейна в действии», – сказал Роджер Блэндфорд, соавтор статьи, профессор физики Стэнфордского университета и профессор физики элементарных частиц и астрофизики.
Исследователи даже не пытались подтвердить теорию Эйнштейна. Первоначально они пытались раскрыть тайны странной особенности черных дыр, известной как корона, источника яркого рентгеновского света. Материал, падающий в сверхмассивную черную дыру, питает самые яркие непрерывные источники света во Вселенной и при этом образует корону вокруг черной дыры. Этот свет, который является рентгеновским светом, можно проанализировать, чтобы нанести на карту и охарактеризовать черную дыру.
Ведущая теория о том, что такое корона, начинается со скольжения газа в черную дыру, где он перегревается до миллионов градусов. При этой температуре электроны отделяются от атомов, создавая намагниченную плазму. Захваченное мощным вращением черной дыры, магнитное поле изгибается так высоко над черной дырой и так сильно вращается вокруг себя, что в конечном итоге полностью разрушается – ситуация настолько напоминает то, что происходит вокруг нашего собственного Солнца, что оно позаимствовало название «корона».
«Это магнитное поле, связанное и близкое к черной дыре, нагревает все вокруг нее и производит эти высокоэнергетические электроны, которые затем продолжают производить рентгеновские лучи», – сказал Уилкинс. Когда Уилкинс присмотрелся поближе, чтобы выяснить происхождение вспышек, он увидел серию более мелких вспышек. Исследователи определили, что это те же рентгеновские вспышки, но отраженные от задней части диска – первый взгляд на дальнюю сторону черной дыры. «Я строил теоретические предсказания того, как эти отголоски кажутся нам в течение нескольких лет», – сказал Уилкинс, – «Я уже видел их в разрабатываемой мной теории, поэтому, как только я увидел их при наблюдениях в телескоп, я смог выяснить связь».
Черная дыра примерно в 10 миллионов раз массивнее нашего Солнца и расположена в центре соседней спиральной галактики I Zwicky, на расстоянии 1800 миллионов световых лет от Земли. Наблюдения проводились с помощью двух рентгеновских телескопов космического базирования: NuSTAR НАСА и XMM-Newton Европейского космического агентства. Потребуются дополнительные наблюдения, чтобы понять, как работают эти короны черных дыр. Для этого будет задействована рентгеновская обсерватория Европейского космического агентства под названием Афина (Усовершенствованный телескоп для астрофизики высоких энергий), которая будет запущена в 2031-м году.
«У него гораздо большее зеркало, чем у нас когда-либо было на рентгеновских телескопах, и оно позволит нам получать изображения с более высоким разрешением за гораздо более короткое время наблюдения», – сказал Уилкинс, – «Итак, картина, которую мы начинаем получать на основе данных на данный момент, станет намного более ясной с этими новыми обсерваториями». Отсюда астрономы надеются использовать различные «цвета», наблюдаемые при перемещении рентгеновских эхо-сигналов вокруг черной дыры, для создания трехмерной карты окружения черной дыры. Они также надеются узнать, как корона производит такие яркие вспышки.
DAVE MAKICHUK
Источники: Stanford News, CNN News, CBS News, Weather.com.
