V404 Cygni: огромные кольца вокруг черной дыры

Рентгеновские изображения гигантских колец раскрывают информацию о пыли, находящейся в нашей галактике, используя тот же принцип, что и рентгеновские лучи, проводимые в кабинетах врачей и в аэропортах.

Предоставлено: Рентгеновский снимок: NASA / CXC / U.Wisc-Madison / S. Heinz et al .; Оптический / ИК: Pan-STARRS

Черная дыра является частью двойной системы под названием V404 Cygni, расположенной примерно в 7 800 световых годах от Земли. Черная дыра активно вытягивает материал от звезды-компаньона — с массой примерно в половину Солнца — в диск вокруг невидимого объекта. Этот материал светится в рентгеновских лучах, поэтому астрономы называют эти системы «рентгеновскими двойными».

5 июня 2015 года Свифт обнаружил вспышку рентгеновского излучения от V404 Cygni. Взрыв создал высокоэнергетические кольца из-за явления, известного как световое эхо. Вместо звуковых волн, отражающихся от стены каньона, световые эхо вокруг V404 Cygni возникли, когда вспышка рентгеновских лучей из системы черной дыры отразилась от пылевых облаков между V404 Cygni и Землей. Космическая пыль не похожа на бытовую пыль, а больше похожа на дым и состоит из крошечных твердых частиц.

На этом составном изображении рентгеновские лучи от Чандры (светло-голубой) были объединены с оптическими данными телескопа Pan-STARRS на Гавайях, которые показывают звезды в поле зрения. Изображение содержит восемь отдельных концентрических колец. Каждое кольцо создано в результате рентгеновских лучей от вспышек V404 Cygni, наблюдавшихся в 2015 году, которые отражаются от различных пылевых облаков.

(Иллюстрация художника объясняет, как были созданы кольца, которые видели Чандра и Свифт. Чтобы упростить графику, на иллюстрации показано только четыре кольца вместо восьми.)

Группа исследователей под руководством Себастьяна Хайнца из Висконсинского университета в Мэдисоне проанализировала 50 наблюдений системы Swift, сделанных в 2015 году в период с 30 июня по 25 августа, и наблюдения Чандры, сделанные 11 и 25 июля 2015 года. Это было такое яркое событие. что операторы Chandra намеренно поместили V404 Cygni между детекторами, чтобы еще одна яркая вспышка не повредила прибор.

Иллюстрация этого художника подробно показывает, как создается кольцевая структура, которую видели Чандра и Свифт. Каждое кольцо вызвано отражением рентгеновских лучей от различных пылевых облаков. Если облако находится ближе к нам, кольцо кажется больше. В результате получился набор концентрических колец с разными видимыми размерами в зависимости от расстояния от нас до облака. Кредит: Univ. Висконсин-Мэдисон / С. Хайнц

Кольца рассказывают астрономам не только о поведении черной дыры, но и о ландшафте между V404 Cygni и Землей. Например, диаметр колец в рентгеновских лучах показывает расстояния до промежуточных пылевых облаков, от которых рикошетировал свет. Если облако находится ближе к Земле, кольцо кажется больше, и наоборот. Световые эхо выглядят как узкие кольца, а не как широкие кольца или ореолы, потому что вспышка рентгеновского излучения длилась относительно короткий период времени.

Исследователи также использовали кольца, чтобы исследовать свойства самих пылевых облаков. Они сравнили рентгеновские спектры, то есть яркость рентгеновских лучей в диапазоне длин волн, с компьютерными моделями пыли различного состава. Различный состав пыли приведет к различному количеству поглощаемых рентгеновских лучей с более низкой энергией и не позволит обнаружить их с помощью Chandra. Это аналогично тому, как разные части нашего тела или багажа поглощают разное количество рентгеновских лучей, что дает информацию об их структуре и составе.

Команда определила, что пыль, скорее всего, содержит смесь зерен графита и силиката. Кроме того, анализируя внутренние кольца с помощью Чандры, они обнаружили, что плотность пылевых облаков не одинакова во всех направлениях. Предыдущие исследования предполагали, что это не так.

Этот результат связан с аналогичным открытием рентгеновской двойной системы Circinus X-1, которая содержит нейтронную звезду, а не черную дыру, опубликованной в статье в выпуске Astrophysical Journal от 20 июня 2015 года под названием « «Властелин колец: кинематическое расстояние до Circinus X-1 от гигантского рентгеновского светового эха» (препринт). Это исследование также проводил Себастьян Хайнц.

Ежегодно публиковалось множество статей, в которых сообщалось об исследованиях вспышки V404 Cygni в 2015 году, которая вызвала эти кольца. Предыдущие вспышки были зарегистрированы в 1938, 1956 и 1989 годах, поэтому у астрономов может быть еще много лет, чтобы продолжить анализ вспышки 2015 года.