Струята на черна дупка се блъска в "неидентифициран" обект и сякаш се движи 2 пъти по-бързо от светлината

Ваня Милева Последна промяна на 13 декември 2024 в 00:00 1971 0

Рентгеново/оптично широко изображение на Кентавър А

Кредит NASA/CXC/SAO/D. Bogensberger et al
Чандра на НАСА вижда как джет, идващ от черна дупка се спъва в нещо в тъмното. Рентгеново/оптично широко изображение на Кентавър А.

Използвайки най-дълбокото рентгеново изображение, правено някога с "Чандра" на Кентавър А, галактика на 12 милиона светлинни години, се астрономи засичат необичайна следа от мощната струя вероятно от гигантска черна дупка.

Изображенията, заснети от рентгеновата обсерватория "Чандра" на НАСА, показват, че високоенергийните частици са ударили близък "неидентифициран" обект, създавайки ударна вълна. Смята се, че целта е гигантска звезда, може би дори двойна система, където сблъсъкът и турбуленцията са увеличили плътността в региона. Екипът от астрономи откри, че части от струята се движат със скорост, близка до скоростта на светлината. Те също така откриват областта, където изглежда, че се удря нещо, появявайки се като ярък източник на рентгенови лъчи в изображението, наречен C4.

Част от V-образното излъчване, свързано с ярък източник на рентгенови лъчи, се намира близо до пътя на струята от свръхмасивната черна дупка (маркирана на снимката). Крилата на "V" са дълги поне около 700 светлинни години. В това изображение ниско, средно и високоенергийните рентгенови лъчи от Chandra са оцветени съответно в розово, лилаво и синьо. Кредит: NASA/CXC/SAO/D. Bogensberger et al

Черни дупки и джетове

Смята се, че в центъра на повечето галактики има черни дупки. В центъра на черната дупка е т. нар. сингулярност, обект от една точка, където плътността е безкрайна и всички закони на физиката изглежда не са в сила. Около сингулярността е област от пространството, където скоростта, необходима за избягване на гравитационното привличане на сингулярността, е по-голяма от скоростта на светлината. Границата между областта на пространството, доминирана от сингулярността, и да кажем "нормалното пространство", се нарича хоризонт на събитията. Това явление е "черна дупка", обяснява Марк Томпсън (Mark Thompson) в Universe today.

3D изображение на бързо въртящ се акреционен диск на черна дупка и задвижваната от това струя (джет). Кредит: Ore Gottlieb et al. (2024)

Черните дупки в центъра на галактиките обикновено са свръхмасивни, често милиони до милиарди пъти по-масивни от Слънцето. Те упражняват огромно привличане на гравитация, което оказва влияние върху движението на звездите и газа в тяхната галактика домакин. Материята, привличана към черна дупка от огромната ѝ гравитационна сила, се събира в акреционен диск, заобикалящ черната дупка. Тук гравитационната сила е висока и затова тя загрява входящия материал. Материалът, попадащ в черната дупка, се нагрява до екстремни температури, генерирайки силни електромагнитни полета. Полетата могат да ускорят частиците навън, образувайки познатата струя, наричата още джет.

Космическа детективска история

Разположена на приблизително 12 милиона светлинни години от Земята, галактиката Кентавър А (Cen A) отдавна пленява астрономите със своите грандиозни джетове, които се простират през цялата галактика. Използвайки рентгеновата обсерватория "Чандра" на НАСА за период от 22 години, изследователите са открили реактивен компонент, който се движи с удивителна скорост – повече от два пъти скоростта на светлината при видимо движение.

Изследователският екип, ръководен от Дейвид Богенсбергер (David Bogensberger) от Мичиганския университет, анализира над три десетилетия рентгенови наблюдения, за да проследи движението на различни ярки петна или "възли" в струята. Един конкретен възел, обозначен като AX4, показва безпрецедентно поведение.

Реактивни възли: Ярки петна или бучки материал в струята на черна дупка, които могат да бъдат проследени, за да се измери движението и поведението на струята.

"Структурата на струята в Cen A вероятно по-добре се разкрива в рентгеновия диапазон на лъчите, отколкото в радиообхвата, който обикновено се използва за изследване на движенията на джета", обяснява изследователският екип в своята статия.

Рекорди за скорост

Наблюденията показват, че възел AX4 се движи с привидна скорост от 2,67 пъти скоростта на светлината. Тази привидно невъзможна скорост всъщност е оптична илюзия, причинена от ориентацията на струята спрямо Земята, но все пак показва, че материалът се движи с поне 94% от скоростта на светлината – което го прави един от най-бързо движещите се обекти, наблюдавани някога в външна галактика.

Екипът също така открива загадъчен V-образен модел на излъчване, обозначен като C4, където струята изглежда се сблъсква с неизвестен обект. Двата ръкава на това "V" се простират на дължина най-малко 700 светлинни години, създавайки уникална структура, която никога преди не е виждана в тази галактика.

Тези открития принуждават астрономите да преразгледат предишните си модели за поведението на галактическите струи. Екстремната скорост на AX4 противоречи на по-ранни радионаблюдения на същия регион, което предполага, че рентгеновите и радиоизлъчванията може да проследяват различни структури в струята.

Свръхсветлинно движение

Свръхсветлинното движение се осъществява от джетове, които се движат със скорост, много близка до скоростта на светлината към наблюдателя - в случая на Центавър А тя е 94% от скоростта на светлината - и ъгълът θ на линията на наблюдение е малък спрямо посоката, в която е насочен джетът (вж. изображението по-долу).

Кредит: NASA

Газът в джета излъчва радиация, особено електрони през магнитното поле под формата на синхротронно лъчение, т.е. излъчване на частици с релативистични скорости (близки до скоростта на светлината). Газът прави това във всяка точка от пътя, който следва, и в резултат на това светлината, излъчвана от газа, не се приближава към наблюдателя много по-бързо от самия джет.

В резултат на това светлината, излъчвана през периода x години от пътя на струята, няма разстояние x светлинни години между предния край (най-рано излъчената светлина, близо до черната дупка в Кентавър А) и задния край (най-късно излъчената светлина, далеч от черната дупка в Кентавър А).

Кредит: Max Planck Instituut

По този начин целият "светлинен влак" пристига при наблюдателя за много по-кратък период от време (1/10 от x или 1/20 от x), поради което на наблюдателя му се струва, че струята се движи от тангенциалната посока по-бързо от скоростта на светлината. Тъй като реактивната струя се приближава към нас почти със скоростта на светлината, по този начин нейното излъчване изисква още по-малко време, за да достигне до наблюдателя.

Справка: Bogensberger, D. et al., 2024, ApJ, 974, 307; arXiv:2408.14078; https://arxiv.org/abs/2408.14078 

Източник:

NASA's Chandra Sees Black Hole Jet Stumble Into Something in the Dark, Chandra X-ray Center

Zap! A Black Hole Scores a Direct Hit With its Jet, Universe today

Виж още за:
Най-важното
Всички новини

Още от Космос

Коментари

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

Няма коментари към тази новина !