В последние месяцы в космос был запущен новый рентгеновский телескоп XRISM.
Вскоре после запуска научных операций в феврале прошлого года XRISM исследовал гигантскую сверхмассивную черную дыру в центре спиральной галактики NGC 4151, масса которой превосходит массу Солнца более чем в 20 миллионов раз. Эта галактика расположена на расстоянии около 43 миллионов световых лет и является активной, поэтому ее центр очень яркий и переменный.
Прибор XRISM Resolve зафиксировал подробный спектр области вокруг черной дыры. Пики и впадины спектра напоминают химические отпечатки пальцев, позволяющие ученым определить состав присутствующих в нем элементов и получить сведения о судьбе материи при ее приближении к точке невозврата этого небесного объекта. XRISM обнаружил наличие железа, одного из самых тяжелых элементов, образующихся в природе.
Яркий цент галактики виден в рентгеновском свете.
Активная галактика значительно ярче обычных галактик и излучает больше энергии. Это излучение исходит от сверхмассивной черной дыры в центре: газ и пыль, вращающиеся к ней, образуют аккреционный диск и нагреваются под действием гравитации и трения. В процессе выделяется много энергии, включая видимый свет, рентгеновское и гамма-излучение.
На краю чёрной дыры часть материи формирует потоки парных частиц, покидающих диск с каждой стороны практически со скоростью света. Рядом с диском аккреции возникает разреженный тор-образный ободок из материала.
NGC 4151 — одна из ближайших известных активных галактик. «Чандра» и «Хаббл» изучали ее, чтобы понять взаимодействие черных дыр с окружающей средой, что может помочь ученым узнать, как сверхмассивные черные дыры в центрах галактик растут во времени.
Эта галактика очень ярко светится в рентгеновском диапазоне, что делает её отличным объектом для наблюдений с помощью XRISM.
XRISM находит железо
Спектр NGC 4151, полученный с помощью Resolve, демонстрирует резкий пик при энергии около 6,5 кэВ. Это эмиссионная линия железа. Железо — один из самых тяжелых химических элементов во Вселенной, и его присутствие можно подтвердить с помощью рентгеновского излучения: вещество аккреционного диска нагревается до очень высоких температур. В таких условиях атомы железа в аккреции испускают характерные рентгеновские лучи, которые можно обнаружить.
Наличие и распределение железа в рентгеновском излучении могут предоставить важную информацию о свойствах аккреционного диска и динамике областей около черной дыры. Ширина эмиссионных линий железа может указывать на скорость движения вещества в аккреционном диске и температуру окружающего газа.
В спектре Resolve NGC 4151 наблюдаются несколько провалов в области 7 кэВ. Возможно, это обусловлено поглощением рентгеновских лучей железом в торе, которое из-за низкой температуры не испускает их, а наоборот поглощает. Излучение значительно мощнее видимого для глаза примерно в 2500 раз.
Железо — один из элементов, которые может выявить XRISM. Телескоп способен обнаружить серу, кальций, аргон и другие элементы в зависимости от источника. Каждый элемент раскрывает часть истории этой галактики и других, а также космических рентгеновских явлений.