Открити са загадъчни рентгенови осцилации в свръхмасивна черна дупка

Ваня Милева Последна промяна на 16 януари 2025 в 00:00 1722 0

В тази концепция на художник се вижда как материята се отделя от бяло джудже (сфера в долния десен ъгъл), което обикаля в най-вътрешния акреционен диск около свръхмасивната черна дупка на 1ES 1927+654.

Кредит NASA / Aurore Simonnet, Sonoma State University.

В тази концепция на художник се вижда как материята се отделя от бяло джудже (сфера в долния десен ъгъл), което обикаля в най-вътрешния акреционен диск около свръхмасивната черна дупка на 1ES 1927+654.

През 2018 г. астрономите забелязват, че короната на 1ES 1927+654, активно нарастваща черна дупка с маса 1,4 милиона слънчеви лъча, разположена в галактика на около 270 милиона светлинни години, внезапно изчезва, преди да се събере отново месеци по-късно. Краткото, макар и драматично прекъсване се наблюдава за първи път в астрономията на черните дупки.

Сега астрономите, използващи обсерваторията XMM-Newton на Европейската космическа агенция (ЕКА), откриват, че същата черна дупка демонстрира още по-необичайно поведение. Те забелязват изблици на рентгенови лъчи, идващи от 1ES 1927+654 с постоянно нарастваща скорост; за период от две години тези изблици с милихерцови осцилации се увеличават от всеки 18 минути до всеки седем минути; такова драматично ускоряване на рентгеновите лъчи не е наблюдавано от черна дупка досега.

Черните дупки са предсказани от Общата теория на относителността на Алберт Айнщайн. Те са гравитационни чудовища, които поглъщат всяко парче материя или енергия, което пресече "повърхността" им - област от пространство-времето, наречена хоризонт на събитията.

По време на окончателното си спускане в черната дупка, процес, наречен акреция, обречената материя образува диск около черната дупка. Газът в акреционния диск се нагрява и излъчва предимно ултравиолетова (UV) светлина.

Ултравиолетовите лъчи взаимодействат с облак от електрически зареден газ, или плазма, който заобикаля черната дупка и акреционния диск. Този облак се нарича корона и взаимодействието дава енергия на ултравиолетовите лъчи, като ги усилва до рентгенови лъчи, които XMM-Newton може да улови.

XMM-Newton наблюдава 1ES 1927+654 от 2011 г. насам. Тогава всичко е било съвсем нормално.

Но през 2018 г. нещата се променят - черната дупка претърпява голямо избухване, което изглежда е нарушило заобикалящата я среда, защото рентгеновата корона изчезва. 

Тогава някои изследователи предполагат, че се е случило нещо, което не е виждано преди - размяна на магнитните полюси. (вж "Наблюдавана е първата по рода си смяна на магнитните полюси на свръхмасивна черна дупка")

Концепция на художник за акреционния диск, короната (бледите, конични завихряния над диска) и свръхмасивната черна дупка на активната галактика 1ES 1927+654 преди нейната скорошна експлозия. Кредит: NASA/Sonoma State University, Aurore Simonnet

Постепенно короната се връща и в началото на 2021 г. сякаш нормалността е възстановена.

Но през юли 2022 г. XMM-Newton продължава да наблюдава, че мощността на рентгеновото лъчение се променя на нива от около 10% във времеви интервал между 400 и 1000 секунди.

Квазипериодичните осцилации (QPO), както се нарича този тип променливост, са известни с това, че е трудно да бъдат открити в свръхмасивни черни дупки.

"Това бе първата ни индикация, че се случва нещо странно", коментира Меган Мастерсън (Megan Masterson), докторант в Масачузетския технологичен институт.

Осцилациите биха могли да подскажат, че в акреционния диск е вграден масивен обект, например звезда, която бързо обикаля около черната дупка на път да бъде погълната.

С приближаването на обекта към черната дупка времето, което му е необходимо за обикаляне, намалява, което води до увеличаване на честотата на осцилациите.

Изчисленията показаха, че този обикалящ обект вероятно е звезден труп, наричан бяло джудже, с маса около 0,1 пъти по-голяма от тази на Слънцето, който се движи с невероятна скорост.

На всеки около осемнадесет минути обектът завършва една обиколка на централното чудовище, изминавайки разстояние от около 100 милиона км. След това нещата стават още по-странни.

В продължение на почти две години XMM-Newton показва, че осцилациите се увеличават по сила и честота - но не по начина, по който изследователите са очаквали.

Те предполагат, че орбиталната енергия на обекта се излъчва като гравитационни вълни, както диктува Общата теория на относителността.

За да проверят идеята, те изчисляват кога този обект ще пресече хоризонта на събитията, ще изчезне от полезрението и осцилациите ще спрат - оказва се, че това е 4 януари 2024 г.

"Никога досега в кариерата си не съм успявала да направя толкова точно предсказание", заявява д-р Ерин Кара (Erin Kara) от Масачузетския технологичен институт.

През март 2024 г. XMM-Newton поглежда отново - и осцилациите все още са налице.

Сега обектът се движи с около половината от скоростта на светлината и завършва една обиколка на всеки седем минути.

Каквото и да е имало в акреционния диск, то упорито отказва да бъде погълнато от черната дупка.

Или става дума за нещо повече от гравитационни вълни, или цялата хипотеза трябва да се промени.

Астрономите разглеждат и друга възможност за произхода на осцилациите.

Спомняйки си за изчезването на рентгеновата корона през 2018 г., те се запитали дали самият този облак може да осцилира.

Проблемът е, че няма утвърдена теория, която да обяснява подобно поведение, и така, без ясен път за развитие на тази идея, те се връщат към първоначалния модел и осъзнават, че има начин да го променят.

"Ако черната дупка наистина има спътник бяло джудже, гравитационните вълни, които то произвежда, ще могат да бъдат засечени от LISA - мисия на ЕКА в партньорство с НАСА, която се очаква да стартира през следващото десетилетие", посочва Мастерсън.

Справка: Megan Masterson et al. 2025. Millihertz Oscillations near the Innermost Orbit of a Supermassive Black Hole. Nature, in press; arXiv: https://arxiv.org/abs/2501.01581 

Източник: XMM-Newton Detects Mysterious X-Ray Oscillations in Supermassive Black Hole, Sci.News

    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 !