Черна дупка показва странно поведение - "хълца", отделяйки струи газ през 8.5 дни

Намирането на двойни системи с компактен обект, обикалящ около свръхмасивна черна дупка, е важно, защото може да се очакват гравитационни вълни. Това обаче не е лесно.

Ваня Милева Последна промяна на 28 март 2024 в 10:36 2757 0

Учените са открили голяма черна дупка, която

Кредит Jose-Luis Olivares, MIT

Учените са открили голяма черна дупка, която "хълца", отделяйки струи газ. Анализът разкри, че малка черна дупка многократно пробива газовия диск на по-голямата черна дупка, причинявайки освобождаването на струите. Мощни магнитни полета, на север и на юг от черната дупка, представени от оранжевия конус, изстрелват джетове нагоре и извън диска. Всеки път, когато по-малката черна дупка пробие акреационния диск, се изхвърля друга струя по равномерен, периодичен модел.

Една спокойна черна дупка, която се намира в сърцето на галактика на около 800 милиона светлинни години от нас, на всеки 8,5 дни изригва газови струи, преди да утихне отново. Тези повтарящи се експлозии показват ново поведение за черните дупки, което не е наблюдавано досега.

Учените смятат, че съществуването на втора, по-малка черна дупка, обикаляща около оригиналната свръхмасивна черна дупка, е най-правдоподобното обяснение за тези експлозии. Смята се, че тази по-малка черна дупка, обикаляща около по-голямата с висока скорост на всеки 8,5 дни пробива акреационния диск и изхвърля материал от газовия пръстен, обкръжаващ по-голямата черна дупка.

Изследването на международен екип астрономи поставя под съмнение убеждението, че акреционните дискове на черна дупка са по същество хомогенни газови дискове, въртящи се около централната черна дупка. Новите открития показват, че съдържанието на акреционните дискове може да е по-разнообразно, включващо дори цели звезди или други черни дупки.

Откритието на екипа е станало възможно благодарение на автоматичното засичане на процеса от All-Sky Automatic Survey for SuperNovae (ASAS-SN), мрежа от 20 роботизирани телескопа, разпръснати из Северното и Южното полукълбо. Веднъж на ден тези телескопи изследват небето за индикации за свръхнови и други преходни явления.

ASAS-SN открива светлинен изблик през декември 2020 г. в галактика, отдалечена приблизително на 800 милиона светлинни години. Преди телескопите да видят рязкото изсветляване на галактиката, което се е увеличило 1000 пъти, тази област от небето е била сравнително спокойна.

Учените решават да използват NICER (The Neutron Star Interior Composition Explorer) на НАСА, рентгенов телескоп, инсталиран на Международната космическа станция, за да изследват по-детайлно изригването, след като научават за идентифицирането му. NICER непрекъснато сканира небето за рентгенови изблици, за да открие активност от неутронни звезди, черни дупки и други екстремни гравитационни събития. За щастие моментът е бил перфектен, на екипа е позволено да "задейства" целта, насочвайки телескопа към нея, преди периодът на наблюдение да приключи.

Когато се появява избухването на изригването, което продължава около четири месеца, преди да приключи, учените обучават NICER да наблюдава непрекъснато далечната галактика. NICER получава ежедневни измервания с висока честота на рентгеновото излъчване на галактиката през това време.

След внимателно изследване на данните учените откриват странна закономерност в четиримесечното изригване: слаби спадове в тесен диапазон от рентгенови лъчи, които се появяват на всеки 8,5 дни. На всеки 8,5 дни енергийният изблик на галактиката претърпява периодично затъмняване. Този сигнал е подобен на това, което се случва, когато обикаляща планета за кратко намалява яркостта на своята звезда, минавайки пред нея. Но за астрономите не бе възможно една звезда да спре изригване, идващо от цяла галактика.

Докато търсят обяснение за периодичните спадове в енергията на галактиката, учените се натъкват на скорошна статия на чешки физици-теоретици. Те независимо изказват предположението, че има втора, много по-малка черна дупка, блуждаеща около свръхмасивната черна дупка в центъра на галактиката. Тази по-малка черна дупка може да има орбитална равнина под ъгъл спрямо акреционния диск на по-голямата черна дупка.

Теоретиците предполагат, че докато се движи по орбитата си втората черна дупка периодично ще преминава през диска на родителската черна дупка. Така тяй ще излъчва струя газ, наподобяваща пчела, рееща се през поленов облак. След това джетът може да бъде изтласкан нагоре и извън диска от силните магнитни полета над и под черната дупка.

По-малката черна дупка изхвърля друг джет редовно и периодично всеки път, когато се движи около диска. Тези струи могат да се наблюдават като периодични спадове в общата енергия на галактиката, които за момент биха блокирали светлината на диска, ако съвпаднат с насочения към тях телескоп.

Дългосрочната еволюция на изригването ASASSN-20qc и примерен рентгенов спектър, очертаващ спада. Кредит: arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2402.10140

С помощта на симулации, включващи наблюденията на NICER върху първоначалния изблик и редовните 8,5-дневни спадове, учените проверяват тази идея. Те откриват, че наблюдаваният изблик вероятно е сигнал за втора, по-малка черна дупка, обикаляща около централна свръхмасивна черна дупка и периодично пробиваща нейния диск.

Екипът установява, че галактиката е била изненадващо тиха преди откриването през 2020 г. Според проучването свръхмасивната черна дупка в центъра на галактиката може да има маса, равняваща се на масата на 50 милиона слънца. Преди избухването черната дупка вероятно е била заобиколена от слаб, дифузен акреционен диск. Междувременно втора, по-малка черна дупка, с маса между 100 и 10 000 пъти по-голяма от тази на слънцето, обикаля около нея относително незабелязано.

Смята се, че огромната гравитационна сила на свръхмасивната черна дупка е разкъсала трети елемент, може би близка звезда, когато се е приближила твърде близо до системата през декември 2020 г. Това събитие се нарича "събитие на приливно разрушение".

Докато остатъците от звездата спираловидно навлизат в черната дупка, внезапен прилив на звезден материал кара акреционния диск на черната дупка да заблести за момент. Втората черна дупка продължава по своята орбита, докато черната дупка поглъща звездните отломки за четирите месеца. По-малката черна дупка всеки път, когато пресича диска, създава по-голяма от обичайното струя, която е сочела директно към обхвата на NICER.

Схема на потенциален модел за изригването ASASSN-20qc. Кредит: arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2402.10140

Изследователите провеждат няколко симулации, за да проучат отчетените периодични спадове. Те заключават, че нов вид астрономическа система - малка черна дупка със средна маса около свръхмасивна черна дупка - е най-вероятното обяснение.

"Това е различен звяр. Не отговаря на нищо, което знаем за тези системи. Име доказателства за обекти, които влизат и преминават през диска под различни ъгли, оето противоречи на традиционната картина на обикновен газов диск около черни дупки. Смятаме, че има огромна популация от такива системи", коментира авторът на изследването Дирадж Пашам (Dheeraj Pasham), изследовател в Института Кавли за астрофизика и космически изследвания на Масачузетския технологичен институт.

Справкa: Dheeraj Pasham, Francesco Tombesi, et al. A case for a binary black hole system revealed via quasi-periodic outflows. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adj8898

Източник: A large black hole that “hiccups,” giving off plumes of gas, ТechЕxplorist

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !