Белый карлик «Сорвиголова» может оказаться самым близким известным объектом к странной черной дыре:
Используя рентгеновский телескоп XMM-Newton, астрономы стали свидетелями того, как сверхмассивная черная дыра, уже известная своим загадочным поведением, продемонстрировала еще одно странное явление.
Группа ученых из Массачусетского технологического института (MIT) полагает, что причиной все более частых взрывов высокоэнергетического света является мертвое звездное ядро, или белый карлик, дерзко балансирующий на краю черной дыры.
Черная дыра, о которой идет речь, — это 1ES 1927+654, расположенная примерно в 270 миллионах световых лет от Земли, с массой примерно в 1 миллион раз больше массы Солнца. 1ES 1927+654 впервые заявила о своей странности астрономам в 2018 году, когда окружающее ее закрученное облако плазмы, известное как корона, исчезло, а затем снова появилось. Это было то, чего астрономы никогда раньше не видели вокруг черной дыры.
Все стало еще более странным, когда команда MIT обнаружила всплески рентгеновского излучения, извергающиеся из 1ES 1927+654 с ускоряющейся частотой. В течение двух лет частота этих высокоэнергетических вспышек увеличилась с одного раза в 18 минут до одного раза в 7 минут. Это также беспрецедентное поведение для черной дыры.
Если эти странные эпизоды являются результатом вращающегося по орбите белого карлика, типа звездного остатка, остающегося после смерти звезды с массой, примерно равной массе Солнца, то эта мертвая звезда выполняет невероятный акт балансировки.
«Это было бы самое близкое, что нам известно о любой черной дыре», — заявила в своем заявлении соруководитель группы и исследователь Массачусетского технологического института Меган Мастерсон. «Это говорит нам о том, что такие объекты, как белые карлики, могут существовать очень близко к горизонту событий в течение относительно длительного периода времени».
Если источником этих странных эпизодов является тонко сбалансированный белый карлик, исследователи предполагают, что его можно обнаружить с помощью ряби в пространстве и времени, называемых
гравитационными волнами, испускаемыми системой.
Современные детекторы гравитационных волн, такие как лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO), недостаточно чувствительны, чтобы обнаружить такое излучение. Однако будущие гравитационно-волновые обсерватории, такие как космический детектор LISA (Laser Interferometer Space Antenna) от NASA, могут быть достаточно точными, чтобы сделать такое обнаружение.
«Эти новые детекторы предназначены для обнаружения колебаний в масштабе нескольких минут, поэтому эта система черной дыры находится в нужном месте», — сказала член группы и профессор физики Массачусетского технологического института Эрин Кара.
Странная история 1ES 1927+654
У Кары и Мастерсона долгая история с 1ES 1927+654. Оба были частью команды, которая семь лет назад наблюдала, как потемнела корона сверхмассивной черной дыры. Они также наблюдали, как она регенерировала себя после исчезновения.
В течение короткого времени новообразованная корона 1ES 1927+654 была самым ярким источником рентгеновского излучения в небе над Землей. Поразительная природа 1ES 1927+654 побудила команду продолжить его исследование.
«Она была по-прежнему чрезвычайно яркой, хотя ничего нового не делала уже пару лет и как бы булькала. Но мы чувствовали, что должны продолжать следить за ней, потому что она была такой красивой», — объяснила Кара. «А потом мы заметили что-то, чего никогда раньше не видели».
Для более детального изучения 1ES 1927+654 исследователи обратились к данным, собранным
рентгеновским космическим аппаратом
XMM-Newton
Европейского космического агентства (ESA) .
Это выявило увеличение частоты импульсов рентгеновского излучения от этой черной дыры, явление, называемое «квазипериодическими колебаниями», которое ранее наблюдалось вокруг черных дыр. Уникальность 1ES 1927+654 заключается в том, что это мерцание, по-видимому, неуклонно увеличивалось с каждых 18 минут до каждых 7 минут в течение двух лет.
«Мы никогда не видели столь драматической изменчивости в скорости ее мерцания», — объяснил Мастерсон. «Это было совершенно не похоже на обычную сверхмассивную черную дыру ».
Тот факт, что мерцание 1ES 1927+654 было замечено в рентгеновских лучах, дал команде MIT очень важную подсказку о причине этого странного поведения.
Жизнь на грани
Рентгеновские лучи, скорее всего, генерируются из бурного и турбулентного моря быстро движущейся плазмы в непосредственной близости от черных дыр. Этот высокоэнергетический свет с гораздо меньшей вероятностью испускается из более удаленных от черных дыр мест, где более холодная плазма движется медленнее.
«Когда вы видите что-то в рентгеновских лучах, это уже говорит вам, что вы довольно близко к черной дыре», — сказала Кара. «Когда вы видите изменчивость на временной шкале минут, это близко к горизонту событий, и первое, о чем вы думаете, — это круговое движение и то, может ли что-то вращаться вокруг черной дыры».
Команда определила, что то, что вызывает эти рентгеновские лучи, находится всего в нескольких миллионах миль от внешней границы или «горизонта событий» сверхмассивной черной дыры. Горизонт событий — это точка вокруг каждой черной дыры, в которой гравитация становится настолько сильной, что даже свет не может достаточно быстро ее покинуть.
У исследователей из Массачусетского технологического института есть две основные теории, объясняющие странное поведение 1ES 1927+654, первая из которых связана с короной черной дыры.
«Одна из идей заключается в том, что эта корона колеблется, возможно, качается взад и вперед, и если она начинает сжиматься, эти колебания становятся быстрее по мере уменьшения масштабов», — сказал Мастерсон. «Но мы находимся на очень ранних стадиях понимания корональных колебаний».
Гораздо более понятное объяснение включало бы космического смельчака: канатоходца белого карлика с массой около 10% массы Солнца.
В этом сценарии белый карлик испускал бы гравитационные волны, вращаясь вокруг 1ES 1927+654. Это заставило бы мертвую звезду приблизиться к черной дыре, что заставило бы ее двигаться быстрее, тем самым увеличивая частоту рентгеновского излучения.
Хотя этот белый карлик фактически находится в точке невозврата с точки зрения его близости к сверхмассивной черной дыре, команда MIT не думает, что эта мертвая звезда упадет в черную дыру в ближайшее время. Это происходит потому, что, когда черная дыра тянет белый карлик внутрь, мертвая звезда сбрасывает материал. Это отбрасывает его назад, удерживая белый карлик подальше от горизонта событий.
«Поскольку белые карлики маленькие и компактные, их очень трудно разорвать на части, поэтому они могут быть очень близко к черной дыре», — объяснила Кара. «Если этот сценарий верен, этот белый карлик находится прямо в точке разворота, и мы можем увидеть, как он удаляется еще дальше».
Исследователи намерены продолжить наблюдение за 1ES 1927+654 и будут использовать для этого все более сложные телескопы. Они также намерены использовать LISA, запуск которого запланирован на 2030-е годы, чтобы «услышать» гравитационные волны, исходящие от потенциально дерзкого белого карлика, бросающего вызов верной смерти вокруг этой черной дыры.
«Единственное, чему я научился с этим источником, — это никогда не прекращать смотреть на него, потому что он, вероятно, научит нас чему-то новому», — заключил Мастерсон. «Следующий шаг — просто держать глаза открытыми».
Команда представила свое исследование на 245-м заседании Американского астрономического общества в Нэшнл-Харбор, штат Мэриленд, в понедельник (13 января). Их результаты будут опубликованы в журнале Nature.
Прочитайте что такое взгляд в будущее
Читайте ещё статьи из Рубрики: инновации-технологии-наука