Астрономы создали панораму окрестностей черной дыры в центре Млечного Пути

Астрономы, основываясь на данных с наземных и космических обсерваторий, сделали панорамную визуализацию окрестностей сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, сообщает сайт N+1. Препринт исследования опубликован на портале ArXiv.org. Это позволит понять динамику потоков газа и излучения вблизи черных дыр, говорится на сайте телескопа "Чандра". В центре Млечного Пути в 26 тыс. световых лет от Солнца находится компактный радиоисточник Стрелец A*, который, предположительно, представляет собой сверхмассивную черную дыру массой в 4,2 млн масс Солнца. Ее окрестности это очаг астрофизической активности. Важную роль в нем играют потоки излучения и вещества от примерно тридцати массивных горячих звезд класса Вольфа-Райе, расположенных в пределах полутора световых лет от черной дыры. Потоки вещества, истекающие от звезд, могут сталкиваться, образуя ударные волны, или, при приближении к черной дыре, падать на нее по спиральной траектории. При этом газ будет нагреваться до высоких температур и излучать в рентгеновском диапазоне. Черная дыра может также провоцировать интенсивные выбросы вещества, которые могут "расчистить" ее окрестности от материала звездных ветров.

Стрелец А* характеризуется низкой скоростью аккреции вещества, что позволяет определить параметры отдельных звезд, вращающихся вокруг него, с достаточной точностью, и понять механизмы взаимодействия звезд и газовых облаков вблизи черных дыр.

Группа ученых под руководством Кристофера Рассела из Папского Католического университета Чили смоделировала окружение черной дыры на основе данных, полученных в инфракрасном диапазоне при помощи телескопа VLT (Very Large Telescope) и наблюдениях рентгеновском диапазоне при помощи космического телескопа "Чандра". Были задействованы и другие обсерватории.

В работе использовался код GADGET-2, основанный на методе гидродинамики сглаженных частиц(SPH), модель охватывает временной период с 1100 лет назад до сегодняшнего дня и содержит 25 звезд Вольфа-Райе, теряющих массу со скоростью от 5×10-5 до 5×100-4 масс Солнца в год в виде звездных ветров, начальные скорости которых лежат в диапазоне от 600 до 2500 километров в секунду. Было построено три модели вспышек вблизи черной дыры, которые призваны объяснить сильную активность и оттока вещества от Стрельца A* в период от 400 до 100 лет назад.

Результаты работы показывают, что диффузное рентгеновское излучение от области, размером 0,6 световых лет, вблизи черной дыры, является следствием столкновения звездных ветров и оттока вещества во время вспышек, порождаемых черной дырой. При этом вспышки влияют на интенсивность рентгеновского излучения в течение долгого времени, даже если она произошла более ста лет назад, и находятся в обратной связи с ней — сильный отток вещества "расчищает" окрестности черной дыры от материала звездных ветров и уменьшает интенсивность рентгеновского излучения. В дальнейшем ученые планируют доработать модель с учетом двойных звездных систем и звезд спектрального класса О, а также околоядерного диска.

Астрономы открыли первую звезду, вращающуюся вокруг черной дыры

Телескоп NuSTAR обнаружил в созвездии Тукана необычный белый карлик, который вращается вокруг черной дыры по крайне тесной орбите, совершая один виток вокруг "точки невозвращения" всего за 30 минут, говорится в статье, опубликованной в журнале MNRAS.  "Мы предполагаем, что эта звезда вращается вокруг черной дыры уже десятки миллионов лет, и что она потеряла большую часть своей массы. Со временем, когда она потеряет еще больше массы, она начнет постепенно отдаляться от дыры, и превратится в экзотический холодный объект, похожий на алмазную планету, открытую несколько лет назад", — заявил Джеймс Миллер-Джонс (James Miller-Jones) из университета Кэртина в Перте (Австралия).

Черная дыра – это особая область в пространстве и времени, в которой силы гравитации настолько велики, что их не способны преодолеть даже объекты, которые двигаются со скоростью света, в том числе и сам свет. 

"Обычные" черные дыры, в отличие от их сверхмассивных кузин в центрах далеких галактик, крайне сложно находить и изучать из-за их спокойного нрава. Об их присутствии мы можем узнать только по тому, как они искривляют свет других звезд, а также по вспышкам радиоизлучения, вырабатываемых при поглощении ими сгустков материи. 

Миллер-Джонс и его коллеги случайно открыли пример такой черной дыры, наблюдая за звездой 47 X9 в созвездии Тукана при помощи рентгеновского телескопа NuSTAR и ряда других наземных и космических обсерваторий. Как рассказывают ученые, изначально они считали ее заурядной катаклизмической переменной звездой – парой из белого карлика и обычной звезды, яркость которой периодически вырастает в десятки раз из-за обмена материей между светилами.

Наблюдая за 47 X9, ученые заметили две необычных вещи – она излучала радиоволны, и ее спектр был больше похож на спектр белого карлика, чем на спектр "большой" звезды. И то и другое заставило астрономов предположить, что на самом деле роль "нормальной" звезды играет белый карлик, а роль карлика – еще более компактный и плотный объект. Им оказалась, как показали одновременные наблюдения при помощи радио- и рентгеновских телескопов, небольшая черная дыра массой в несколько Солнц.

Белый карлик, невольный компаньон этой черной дыры, почти касается ее по космическим меркам – дистанция между ними всего в три раза больше, чем расстояние между Луной и Землей (300 тысяч километров). Благодаря этому белый карлик совершает один оборот вокруг черной дыры всего за 28 минут, а его материя постоянно перетекает на черную дыру, подпитывая ее и формируя яркий диск аккреции, где периодически возникают мощные рентгеновские вспышки.

Как черная дыра и белый карлик сблизились, ученые пока не знают – это первый объект такого рода, который был когда-либо открыт астрономами. Как предполагают Миллер-Джонс и его коллеги, он мог возникнуть в результате экзотического столкновения черной дыры с красным гигантом. В результате столкновения внешние оболочки красного гиганта были выброшены в открытый космос, и на его месте осталось горячее ядро, ставшее белым карликом, и черная дыра, вращающаяся вокруг него.

Со временем, благодаря излучению гравитационных волн, карлик и дыра сблизились настолько, что материя звезды начала "перетекать" на черную дыру. Это заставило карлик отдаляться, а не сближаться с черной дырой, что приведет к тому, что обед черной дыры, длившийся десятки миллионов лет, наконец-то завершится. Как надеются ученые, дальнейшие наблюдения за 47 X9 помогут нам понять, откуда взялась эта черная дыра и как часто такие странные пары возникают в космосе.