Ученые изучили изменение окрестностей черной дыры при поглощении материи звезды. Выявилось, что корона дыры ненадолго расширяется во время финального выброса высокоэнергетических частиц. Это может объяснить влияние вспышек сверхмассивных черных дыр на эволюцию галактик в их окружении.
Изучение черных дыр затруднительно, поскольку эти глубокие «колодцы» в ткани пространства-времени притягивают даже частицы света. Во время поглощения материи черные дыры иногда вспыхивают рентгеновским излучением, которое отражается от падающего вещества и ненадолго озаряет окружающее пространство. Изучив «эхо рентгеновского излучения» в восьми системах, команда астрономов из Массачусетского технологического института смогла описать окрестности черных дыр. статья вышла в The Astrophysical Journal.
Изучение стартовало с отыскания пригодных кандидатов. Группа создала алгоритм, который проанализировал доступные наблюдения. NICERРентгеновский телескоп высокого временного разрешения на Международной космической станции обнаружил 26 двойных систем с черными дырами, ранее вспыхивавших рентгеновским излучением. Команда выделила десять систем, отвечающих по яркости и расстоянию для детального изучения рентгеновского эха.
Учёные, проанализировав сигналы, разделили системы на группы с одинаковыми задержками между двумя типами рентгеновского излучения: исходящего от короны и отражённого от аккреционного диска. Эта задержка позволяет оценить расстояние между ними. Сравнивая рентгеновское эхо на разных этапах вспышки, учёные смогли оценить изменение короны и движение диска.
Корона черной дыры — область высокоэнергетической плазмы у горизонта событий. Ученые заметили, что во время поглощения вещества она претерпевает наибольшие изменения. Два состояния объекта во время этого процесса физики назвали «жестким» и «мягким». Сначала черная дыра вступает в «жесткое» состояние, при котором задержки составляют миллисекунды: корона вспыхивает, насыщенная фотонами высокой энергии, и вылетает сравнительно слабый равномерный поток частиц. Это состояние длится несколько недель.
Через несколько дней дыра последний раз ярко вспыхивает и переходит в состояние с низкой энергией. В этот период ненадолго увеличивается задержка сигнала, то есть расстояние между короной и диском становится больше. Вероятно, корона значительно расширяется и вытягивается вверх относительно дыры. При этом из полюса вылетает огромный и мощный джет из частиц с высокой энергией, а равномерный поток затухает.
Данный процесс разъясняет, как сверхмассивные черные дыры в центрах галактик могут выбрасывать частицы в межгалактическое пространство на большие расстояния.
В состав звёздных систем нашей Галактики входят десятки миллионов сравнительно малых чёрных дыр. Участие их в эволюции Галактики остаётся неразрешённой проблемой современной астрофизики, отметила Эрин Кара. (Erin Kara)Один из авторов новой работы отмечает: «Примечательно, что черные дыры в этих двойных системах ведут себя как миниатюрные сверхмассивные черные дыры. Исследуя вспышки в небольших соседних системах, мы сможем понять, как похожие вспышки сверхмассивных черных дыр влияют на окружающие их галактики».