Китайские астрономы зафиксировали повторяющиеся сигналы, напоминающие «сердцебиение» некоторых черных дыр во время поглощения большого количества газа. Изучение этих регулярных пульсаций, подтвержденное углубленным анализом поведения конкретной черной дыры, может дать лучшее понимание сложных процессов, происходящих вокруг этих загадочных массивных объектов. Данные получены с помощью космических обсерваторий NICER и NuSTAR.
В 2007 году от черной дыры в галактике RE J1034+396 был зафиксирован сигнал, напоминающий биение сердца. Через почти десять лет спутник XMM-Newton зарегистрировал аналогичные «удары», подтвердив устойчивость и силу этих пульсаций.
Черные дыры в бинарных системах, разделяющих орбиту с активной звездой, постепенно поглощают газ последней. Поглощенная материя сжимается, нагревается до экстремальных температур и излучает мощное рентгеновское излучение. При интенсивном поглощении вещества этот процесс может спровоцировать взрыв. Детальные наблюдения выявили, что помимо глобальных извержений могут наблюдаться регулярные импульсы.
Учёные из Института физики высоких энергий Китайской академии наук провели исследование для выяснения происхождения пульсаций. В работе анализировались данные наблюдений за черной дырой IGR J17091-3624, находящейся от Земли на 28 000 световых лет, собранные в период с июня по июль 2022 года космическими обсерваториями NICER и NuSTAR. Исследователи обнаружили новую модель изменчивости, названную X-классом, которая характеризуется регулярными симметричными импульсами в рентгеновском излучении.
Черные дыры изучаются с помощью их аккреционных дисков.
«В этом исследовании выполняется подробный фазово-разрешенный анализ «сердцебиения» переменности X-класса, недавно открытой в объекте IGR J17091-3624 во время его взрыва в 2022 году. «— указано в исследовании, размещенном на сервере предварительной публикации», Работа демонстрирует снижение интенсивности высокоэнергетического рентгеновского излучения при достижении импульсов своего максимума. Авторы заявляют: « Недостаток высокоэнергетического рентгеновского излучения (более 20 кэВ) отмечается в пиковых фазах мягкой рентгеновской вспышки с уверенностью около 15 сигма по фазово-сложенным кривым блеска. ».
Команда заметила изменения в спектральной форме. При падении материи в черную дыру та сжимается, образуя быстро вращающийся диск — аккреционный. Если внутренний край этого диска наклоняется, оставшаяся часть светится под действием рентгеновских лучей, создавая нестабильность, вызывающую вариации.
Противоположность этого явления, то есть уменьшение числа испускаемых рентгеновских лучей, указывает на взаимодействие между аккреционным диском и окружающей его короной электронов. При временном фрагментации диска он теряет целостность и направляет массу вещества к черной дыре, высвобождая большое количество излучения. Этот процесс вызывает импульс, а нагретый излучением газ стабилизируется, после чего цикл повторяется, порождая новый импульс («сердцебиение»).
Команда установила корреляцию между температурой, скоростью потока в диске и частотой импульсов. Это свидетельствует о том, что нестабильности диска являются главной причиной вспышек. Подобное поведение совпадает с открытием 2022 года под руководством астрофизика Мариано Мендеса из Гронингенского университета о черной дыре GRS 1915+105.
Эти сигналы биений встречаются редко: их зафиксировали лишь в двух черных дырах из изученных сотен. Полученные результаты могут помочь глубже понять черные дыры звездной массы.