Чорні діри не живі, але, як виявилося, у них може бути “серцебиття” – якщо вони споживають величезну кількість газу. І нове дослідження відкрило, як саме це працює.
Коли чорні діри існують у подвійній системі – розділяючи орбіту з іншою зіркою – вони можуть втягувати газ із зоряного компаньйона. Коли це відбувається, газ стискається і нагрівається до неймовірно високих температур, випускаючи при цьому велику кількість рентгенівського випромінювання. Саме завдяки цьому процесу астрономи вперше ідентифікували чорні діри в знаменитому випадку Cygnus X-1, одного з найяскравіших джерел рентгенівського випромінювання на нашому небі.
У розпал цього шаленого харчування, яке може тривати від тисяч до мільйонів років, іноді може відбуватися колосальний викид. Це раптовий спалах рентгенівських променів, викликаний швидким споживанням величезної кількості матеріалу одночасно.
Астрономи вивчали безліч таких спалахів протягом багатьох років, але детальні спостереження за цими спалахами іноді виявляли дивну поведінку. На додаток до загального спалаху, є невелика мінливість, регулярний імпульс активності, вбудований у подію спалаху. Астрономи називають ці імпульси спалахами серцебиття, тому що їхня поведінка нагадує сигнал ЕКГ людського серця з повільним зростанням, швидким спадом і подальшим поверненням до норми.
Група астрономів із Ключової лабораторії астрофізики елементарних частинок Китайської академії наук у Пекіні вивчила найостанніший спалах серцебиття й описала процес, який може його підживлювати, у статті, опублікованій у базі даних препринтів arXiv. Вони відправили свою роботу для публікації в The Astrophysical Journal.
Досліджуваний ними спалах виник в IGR J17091-3624, чорній дірі, яка розташована за 28 000 світлових років від Землі. Використовуючи рентгенівські дані, отримані за допомогою Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) і Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) у 2022 році, команда виявила явні докази сигналу, схожого на серцебиття, у спалаху. Вивчаючи докладні властивості серцебиття, вони дійшли висновку, що ці види імпульсів зумовлені взаємодіями і нестабільностями всередині матеріалу, що оточує чорну діру.
Коли матеріал падає в чорну діру, він не тільки стискається, а й утворює тонкий диск, що швидко обертається. Внутрішній край цього диска нахилений донизу до горизонту подій чорної діри, тоді як інша частина диска світиться в рентгенівському випромінюванні. Це створює вкрай нестабільну ситуацію, оскільки випромінювання від диска конкурує з гравітаційним тяжінням чорної діри.
Щоб викликати серцебиття, диск тимчасово фрагментується, втрачаючи свою зв’язність і відправляючи велику частину матеріалу вниз до чорної діри. Це вивільняє величезну кількість випромінювання, яке починає пульс серцебиття. Потім випромінювання нагріває газ, що тимчасово перешкоджає його падінню. Потім газ заспокоюється, перш ніж процес повторюється, готуючи ґрунт для наступного серцебиття.
Ці сигнали серцебиття неймовірно рідкісні – тільки дві чорні діри із сотень відомих показали їх – але дослідники сподіваються вивчити їх більше, оскільки вони дають цінну інформацію про зв’язки між чорними дірами та їхнім оточенням.
Вивчення чорних дір
Астрономи досягли успіху в прогнозуванні часу “прийому їжі” колосальної чорної діри, спостерігаючи, як вона пожирає прилеглу зірку по шматочках. Це ознаменувало крок уперед у розумінні невловимої поведінки цих космічних порожнеч у плані харчування.
Дані, що лежать в основі прогнозів, були передані додому 2018 року, коли автоматизоване наземне обстеження зафіксувало сплеск яскравості галактики приблизно за 860 мільйонів світлових років від Землі, пише LiveScience.
Спалах, який можна порівняти з увімкненням космічного вимикача світла, у мільярди разів яскравішого за наше Сонце, вказав на те, що зірка подрібнюється та поглинається надмасивною чорною дірою, яка ховається в центрі далекої галактики та важить приблизно в 50 мільйонів разів більше за наше Сонце.
