Впервые обнаружен свет, вышедший из-за черной дыры

Астрофизик Стэнфордского университета Дэн Уилкинс (Dan Wilkins) наблюдал за рентгеновскими лучами, которые исходят от черной дыры. Она расположена в центре галактики I Zwicky 1, находящейся на расстоянии 800 миллионов световых лет от нас. Изучаемая Уилкинсом сверхмассивная черная дыра в 10 миллионов раз "тяжелее" Солнца.

Ученый заметил, что яркие рентгеновские вспышки не просто порождались чёрной дырой, но и отражались от газа, который втягивает в себя властительница космоса. По мере того как первоначальные вспышки затухали, рентгеновские телескопы (XMM-Newton ЕКА и NuSTAR НАСА) улавливали всё более слабые вспышки. Уилкинс очень удивился и решил тщательно разобраться в "увиденном".

"Любой свет, попадающий в эту черную дыру, не выходит [во внешнее пространство], поэтому мы не должны видеть ничего, что находится за черной дырой, – объясняет Уилкинс. – Однако мы смогли это увидеть по той причине, что черная дыра искривляет пространство, закручивает вокруг себя магнитные поля и изменяет путь света".

Открытие светового эха стало первым прямым наблюдением излучения, исходящего из-за черной дыры, и первым прямым подтверждением предсказания общей теорией относительности Эйнштейна. Великий ученый предполагал, как ведут себя магнитные поля в непосредственной близости от черных дыр, а также что они изменяют траектории света. Теперь же человечество оказалось технически готовым к непосредственной регистрации подобного феномена.

Открытое Уилкинсом явление подробно описано в статье, опубликованной журналом Nature.

"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, чтобы наблюдать это напрямую и увидеть общую теорию относительности Эйнштейна в действии", – говорит Роджер Блэндфорд (Roger Blandford), соавтор статьи из Стэнфордского университета.

Открытие началось с изучения так называемой "короны" черной дыры. Корона и есть источник яркого рентгеновского излучения. Астрономы считают, что корону создает газ, который непрерывно втягивает в себя черная дыра. Корона выглядит как вращающийся вихрь (подобно вихрю воды, вытекающему из отверстия в ванне в канализацию).

Этот газовый вихрь разогревается до миллионов градусов и генерирует магнитные поля, которые скручиваются в узлы вращающейся черной дырой. При такой температуре электроны отделяются от атомов, создавая намагниченную плазму.

Когда магнитные поля искривляются мощной гравитацией черной дыры, они в конечном итоге "ломаются", высвобождая запасенную энергию и производят электроны высокой энергии. Последние и становятся источником рентгеновского излучения.

Картина очень напоминает то, что происходит вокруг нашего Солнца, поэтому "вихрь" близ черной дыры и назвали короной.

Как выяснили учёные, часть излучения яркой вспышки рентгеновских лучей черной дыры I Zwicky 1 падала на газовый диск ее короны. Рентгеновские лучи, которые отражались от газа позади черной дыры, огибали её, и эти более слабые вспышки попадали в телескопы с задержкой. Наблюдения отражений (или эха) совпадают с предсказаниями Эйнштейна о том, как гравитация искривляет траектории излучения вокруг черных дыр.

Отраженные короной рентгеновские лучи имеют определенные "цвета" (длины волн). По мере того как рентгеновские лучи проходят вокруг черной дыры, их "цвета" слегка меняются.

Поскольку полученные астрономами рентгеновские эхо-сигналы имеют разные "цвета" и поступили в разное время (в зависимости от того, от какой части короны они отражаются), они дают много информации о происходящем вокруг черной дыры.

Астрономы хотят в дальнейшем использовать это для создания трехмерной карты окрестностей черной дыры. Также ученым предстоит разобраться, как корона производит столь яркие рентгеновские вспышки.

Изучение удивительной короны черной дыры ученые продолжат при помощи рентгеновской обсерватории Европейского космического агентства "Афина". Её отправка в космос запланирована на 2031 год.

Ранее мы рассказывали о том, как невероятно прожорливая чёрная дыра стала самым далёким радиомаяком во Вселенной. Также астрономы не так давно разглядели заграждение у края чёрной дыры. А еще мы писали о том, как искусственная чёрная дыра помогла визуализировать искривление траекторий света.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".