Нашата свръхмасивна черна дупка е имала изблик на активност преди 200 години. Сега се разбра

Ние имаме голям късмет с галактиката Млечен път, защото централната свръхмасивна черна дупка Стрелец А* (Sgr A*) е доста спокойна.

Тя не е толкова буйна и ярка като активните галактически ядра. Изглежда, че тя е активна за кратки периоди, преди да заспи.

Преди двеста години се е "събудила" за около година и половина и е закусила.

Откъде астрономите знаят, че това се е случило? Наскоро те са разгледали специфични молекулярни облаци в съседство със свръхмасивната черна дупка. Тези облаци изглеждат по-ярки от обикновено. Това е така, защото  сияят под въздействието на рентгенови лъчи, излъчени по времето, когато Sgr A* е имала кратък период на активност в началото на XIX век.

Повечето молекулярни облаци са тъмни и студени, така че когато някой от тях светне, както тези, привлича вниманието на астрономите.

"Един от сценариите, които обясняват защо тези гигантски молекулярни облаци светят, е, че те всъщност отразяват отдавна отминал проблясък на рентгенова светлина, което показва, че нашата свръхмасивна черна дупка не е била толкова спокойна преди няколко века", обяснява Фредерик Марен (Frédéric Marin), астроном от Астрономическата обсерватория в Страсбург, Франция, и водещ автор на новото изследване, публикувано в Nature.

Интересно е, че астрономите смятат, че акреционният диск на черната дупка Sgr A* също е похапвал активно преди около 150 години за известно време, преди отново да се успокои. Те са проследили друг близък облак, окъпан в гама-лъчи от това събитие.

Това подсказва за периоди на активност и затишие, които трябва да се обяснят.

Проследяване на блясъка от храненето на свръхмасивна черна дупка

Марен и екипът му от колеги изследват облаците, светещи с рентгенови лъчи, от последното хранене на Sgr A* с помощта на космическата обсерватория на НАСА Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE). Той измерва поляризацията на рентгеновите лъчи (или средната посока и интензитет на електрическото поле на светлинните вълни). Ъгълът на поляризация действа много подобно на компас, сочейки към източника на излъчване. Оказва се, че Sgr A* е точно на пътя, което го прави източник на излъчването.

Екипът комбинира своите данни със снимки от рентгеновата обсерватория "Чандра" и ги сравнява с данни от мисията XMM-Newton. Това им помага да определят точно произхода на емисиите, осветляващи близките облаци. По същество, когато акреционният диск на черната дупка е поглъщал близкия материал, получените рентгенови емисии са били повече от милион пъти по-големи от обичайното. Това го направи толкова ярък, колкото активното галактическо ядро в галактика на Сейферт.

Какво се случва, когато нашата свръхмасивна черна дупка се храни

Черната дупка Sgr A* и нейният акреционен диск се намират в центъра на нашата галактика. Тя живее на оживено място. Звезди обикалят около черната дупка по различни орбити. От време на време покрай нея прелита облак от газ и прах. Също толкова често силната гравитационна сила на Sgr A* изхвърля част от този материал в акреционния диск. Материалът се нагрява и в крайна сметка това го енергизира дотолкова, че да започне да излъчва рентгенови лъчи.

Таймлапс филм в инфрачервена светлина, който показва как звездите в централната светлинна година на нашата Галактика са се движили за период от 14 години. Жълтият знак в центъра на изображението представлява местоположението на Sgr A*. Кредит: A. Eckart (U. Koeln) & R. Genzel (MPE-Garching), SHARP I, NTT, La Silla Obs., ESO

Такова хапване се случва доста често, но обикновено изригванията са много краткотрайни - някои от порядъка само на минути. Те могат да се случат в много малки области на акреционния диск. Но някои от тях, като този преди 200 години, са по-дълги и по-ярки. При това събитие облакът от материал, който е бил засмукан в акреционния диск, трябва да е бил доста голям, за да предизвика ярък, дълготраен взрив от рентгенови лъчи.

Илюстрация на газов облак G2, приближаващ се към Sgr A*. Нашата централна свръхмасивна черна дупка периодично поглъща облаци и други материали като този. Това води до отделяне на рентгенови лъчи и други емисии. Кредит: ESO/MPE/M.Schartmann/J.Major

Още информация за Sgr A*

Сега, след като Марен и екипът са установили източника на тези емисии, те искат да научат повече за голямото изригване, което ги е предизвикало. Например, кога точно се е случило това? Колко интензивно е било то в своя максимум? Колко време е продължило всъщност? Последващите наблюдения трябва да дадат някои отговори, а също така да предоставят на астрономите триизмерен изглед на светещите облаци.

Един от най-големите въпроси, на които няма отговор, е: какво ги предизвиква? Очевидно е, че вливането на материал играе роля. Но какво друго се случва със Sgr A*, което да може да го накара да се "събуди" и да започне да изяжда съседите си?

"IXPE играе ключова роля, помагайки ни да разберем по-добре времевите мащаби, в които черната дупка в центъра на нашата галактика се променя", коментира Стивън Елерт (Steven Ehlert), учен по проекта IXPE в НАСА. "Знаем, че промените в активните галактики и свръхмасивните черни дупки могат да се случат в мащабите на човешки живот. Научаваме повече за поведението на това галактическо ядро с течение на времето, за историята на избухванията му и нямаме търпение да продължим да го наблюдаваме, за да определим кои промени са типични и кои са уникални."

Звукова картина на рентгеновите емисии на Sgr A*

Очевидно е, че Sgr A* отново е заспала след продължилото година и половина хранене с облаци в началото на XIX век. Но ехото от нейното "оригване" към близките молекулярни облаци предоставя на астрономите уникална възможност. Те комбинират изображенията на Стрелец A*, получени от Imaging X-ray Polarimetry Explorer на НАСА и рентгеновата обсерватория "Чандра", и ги адаптират към звука. По същество те вземат цифровите данни от всички наблюдения и ги превръщат в музикални ноти и звуци. Първоначалните данни щяха да бъдат твърде ниски, за да ги чуят хора, така че звуците са транспонирани в звукова област, която можем да чуем.

Кредит: NASA/CXC/SAO/K. Arcand, SYSTEM Sounds-M. Русо, А. Сантагида

На това видео виждаме как една дъгообразна линия се разкъсва по изображението. Когато тя преминава над оранжево оцветените данни от IXPE, се задействат звуци, подобни на дигитални ветрове, особено там, където тези оранжеви области са най-ярки. Когато движещата се линия премине през оцветените в синьо данни от "Чандра", получените ноти приличат на стоманени барабани.

Освен тази звукова сигнализация и рентгеновото ехо, което астрономите откриват от избухването на Sgr A, на Земята не се усеща никакъв ефект. Това е така, защото Sgr A* се намира на около 26 000 светлинни години от нас. На това разстояние получаваме хубава гледка към отдавнашното действие без никаква опасност, свързана с огромния взрив на рентгенови лъчи.

Справка: Marin, F., Churazov, E., Khabibullin, I. et al. X-ray polarization evidence for a 200-year-old flare of Sgr A*. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06064-x

Още по темата

05/06/2023

Космос

Стотици хоризонтални нишки сочат към свръхмасивната черна дупка в центъра на Млечния път

16/05/2022

Космос

Видяхме новото изображение на черната дупка на Млечния път – сега да го чуем!

14/05/2022

Космос

Черната дупка Стрелец A*, изобразена и в рентгенови лъчи

12/05/2022

Космос

Първото изображение на свръхмасивната черна дупка в центъра на Млечния път (видео)