Интегральный спутник ЕКА наблюдал исключительную вспышку высокоэнергетического света, создаваемую черной дырой, которая поглощает материал своего звездного спутника.
Рентгеновские и гамма-лучи указывают на некоторые из самых экстремальных явлений во Вселенной, таких как звездные взрывы, мощные вспышки и черные дыры, пожирающие свое окружение.
В отличие от мирного вида ночного неба, которое мы видим своими глазами, высокоэнергетическое небо-это динамичное световое шоу, от мерцающих источников, которые резко меняют свою яркость за несколько минут, до других, которые варьируются во временных масштабах, охватывающих годы или даже десятилетия.
15 июня 2015 года давнее знакомство астрономов рентгеновского и гамма-излучения вернулось на космическую сцену: V404 Cygni, система, состоящая из черной дыры и звезды, вращающихся друг вокруг друга. Он расположен в нашей галактике Млечный Путь, почти в 8000 световых годах от нас, в созвездии Лебедя Лебедя.
В этом типе двойной системы материал течет от звезды к черной дыре и собирается в диске, где он нагревается, ярко сияя на оптических, ультрафиолетовых и рентгеновских длинах волн, прежде чем по спирали попасть в черную дыру.
Первые признаки возобновления активности в V404 Cygni были замечены телескопом Burst Alert на спутнике НАСА Swift, который обнаружил внезапный всплеск гамма-лучей, а затем запустил наблюдения с помощью своего рентгеновского телескопа. Вскоре после этого MAXI (Монитор рентгеновского изображения всего неба), входящий в состав японского экспериментального модуля на Международной космической станции, наблюдал рентгеновскую вспышку с того же участка неба.
Эти первые обнаружения вызвали массовую кампанию наблюдений с наземных телескопов и из космических обсерваторий для мониторинга V404 Cygni на многих различных длинах волн в электромагнитном спектре. В рамках этих всемирных усилий Интегральная гамма-обсерватория ЕКА начала наблюдение за взрывающейся черной дырой.
“Поведение этого источника в настоящее время необычно, с повторяющимися яркими вспышками света во временных масштабах менее часа, что редко наблюдается в других системах черных дыр”, - комментирует Эрик Куулкерс, научный сотрудник проекта Integral в ЕКА.
”В эти моменты он становится самым ярким объектом в рентгеновском небе-до пятидесяти раз ярче, чем Крабовидная туманность, обычно являющаяся одним из самых ярких источников в небе с высокой энергией".
Система черных дыр V404 Cygni не была такой яркой и активной с 1989 года, когда ее наблюдали с помощью японского рентгеновского спутника Ginga и высокоэнергетических приборов на борту космической станции "Мир".
“Сообщество не могло быть более взволновано: многие из нас тогда еще не были профессиональными астрономами, а инструменты и оборудование, доступные в то время, не могут сравниться с парком космических телескопов и обширной сетью наземных обсерваторий, которые мы можем использовать сегодня. Это определенно возможность "раз в профессиональной жизни"", - добавляет Куулкерс
Вспышка V404 Cygni в 1989 году имела решающее значение для изучения черных дыр. До этого астрономы знали лишь несколько объектов, которые, по их мнению, могли быть черными дырами, и V404 Cygni был одним из наиболее убедительных кандидатов.
Через пару лет после вспышки 1989 года, как только источник вернулся в более спокойное состояние, астрономы смогли увидеть его звезду-компаньона, которая была затмена экстремальной активностью. Звезда примерно вдвое массивнее Солнца, и, изучив относительное движение двух объектов в двойной системе, было установлено, что спутник должен быть черной дырой, примерно в двенадцать раз массивнее Солнца.
В то время астрономы также просмотрели архивные данные оптических телескопов за двадцатый век, обнаружив две предыдущие вспышки, одну в 1938 году, а другую в 1956 году.
Эти пики активности, которые происходят каждые два-три десятилетия, вероятно, вызваны тем, что материал медленно накапливается в диске, окружающем черную дыру, пока в конечном итоге не достигнет переломного момента, который резко изменит режим питания черной дыры на короткий период.
“Теперь, когда этот экстремальный объект снова проснулся, нам всем не терпится узнать больше о двигателе, который приводит в действие вспышку, которую мы наблюдаем”, - говорит Карло Ферриньо из Центра интегральных научных данных Женевского университета, Швейцария.
“Как координаторы Интегральных операций, Энрико Боццо и я получили текстовое сообщение в 01:30 утра 18 июня от нашей системы оповещения о вспышках, которая предназначена для обнаружения гамма-всплесков в интегральных данных. В данном случае это оказалась”всего лишь "исключительная вспышка, так как "Интеграл" наблюдал эту невероятную черную дыру: определенно хорошая причина, чтобы проснуться посреди ночи!"
С момента первого обнаружения вспышки 15 июня спутником Swift, V404 Cygni оставался очень активным, что чрезвычайно занимало астрономов. За последнюю неделю несколько команд по всему миру опубликовали более двадцати астрономических телеграмм и других официальных сообщений, в которых делились результатами наблюдений на разных длинах волн.
Эта захватывающая вспышка также обсуждалась астрономами, присутствовавшими на конференции Европейской недели астрономии и космических наук на этой неделе на Тенерифе, где они делились информацией о наблюдениях, сделанных за последние несколько дней.
"Интеграл" также непрерывно наблюдает за этим объектом с 17 июня, за исключением некоторых коротких периодов, когда это было невозможно по оперативным причинам. Рентгеновские данные показывают огромную изменчивость, с интенсивными вспышками, длящимися всего пару минут, а также более длительными вспышками в масштабах времени в несколько часов. "Интеграл" также зафиксировал огромное излучение гамма - лучей из этой бешеной черной дыры.
Поскольку различные компоненты двойной системы черных дыр излучают излучение на разных длинах волн по всему спектру, астрономы объединяют наблюдения с высокой энергией с наблюдениями на оптических и радиоволнах, чтобы получить полное представление о том, что происходит в этом уникальном объекте.
“Мы наблюдали Лебедя V404 с помощью телескопа Gran Telescopio Canarias, который имеет самое большое зеркало, доступное в настоящее время для оптической астрономии”,-объясняет Тео Муньос-Дариас из Института астрофизики Канарских островов на Тенерифе, Испания.
Используя этот 10,4-метровый телескоп, расположенный в Ла-Пальме, астрономы могут быстро получать высококачественные спектры, таким образом исследуя то, что происходит вокруг черной дыры в коротких временных масштабах.
“В наших спектрах есть много особенностей, показывающих признаки массивного оттока материала в окружающую среду черной дыры. Мы с нетерпением ждем возможности проверить наше текущее понимание черных дыр и их привычек питания с помощью этих богатых данных”,-добавляет Муньос-Дариас.
Радиоастрономы всего мира также присоединяются к этой необычной кампании наблюдений. Первое обнаружение на этих длинных длинах волн было сделано вскоре после первого предупреждения Swift 15 июня с помощью тепловизора Arcminute Microkelvin из радиоастрономической обсерватории Малларда близ Кембриджа, Великобритания, благодаря роботизированному режиму этого телескопа.
Как и данные на других длинах волн, эти радионаблюдения также демонстрируют непрерывную серию чрезвычайно ярких вспышек. Астрономы будут использовать их для исследования механизмов, которые приводят к возникновению мощных струй частиц, удаляющихся со скоростями, близкими к скорости света, от аккреционного диска черной дыры.
Существует лишь несколько двойных систем черных дыр, для которых данные были собраны одновременно на многих длинах волн, и нынешняя вспышка V404 Cygni предоставляет редкий шанс собрать больше наблюдений такого рода. Вернувшись в космос, "Интеграл" работает полный рабочий день, наблюдая за развитием событий.
“Мы посвятили все время Integral наблюдению за этим захватывающим источником в течение прошлой недели, и мы будем продолжать делать это, по крайней мере, до начала июля”, - комментирует Питер Кречмар, руководитель миссии ЕКА Integral.
“Результаты наблюдений скоро станут общедоступными, чтобы астрономы по всему миру могли использовать их, чтобы узнать больше об этом уникальном объекте. Также можно будет использовать интегральные данные, чтобы попытаться обнаружить поляризацию рентгеновского и гамма-излучения, что может раскрыть более подробную информацию о геометрии процесса аккреции черной дыры. Это определенно материал для учебников астрофизики на ближайшие годы”.
