Вчені описали, як змінюються околиці чорної діри в процесі поглинання матерії сусідньої зірки. Виявилося, корона діри ненадовго розширюється під час фінального викиду високоенергетичних частинок. І це може пояснити вплив спалахів надмасивних чорних дір на еволюцію навколишніх галактик.
Вивчення чорних дір – непросте завдання, тому що ці глибокі «колодязі» в тканині простору-часу притягують навіть частинки світла. Але під час поглинання матерії чорні діри іноді спалахують рентгенівським випромінюванням, яке відбивається від падаючого в дірку речовини і ненадовго осяває навколишній простір. Вивчивши “Ехо рентгенівського випромінювання” у восьми системах, команда астрономів з Массачусетського технологічного інституту змогла описати околиці чорних дір. Їх стаття вийшла в The Astrophysical Journal.
Дослідження почалося з пошуку відповідних об’єктів. Команда розробила алгоритм, який пройшовся за даними спостережень NICER, рентгенівського телескопа з високим тимчасовим дозволом, встановленого на борту МКС. Алгоритм знайшов 26 подвійних систем з чорними дірами, які раніше спалахували рентгенівським випромінюванням. З них команда відібрала десять систем, придатних за яскравістю і відстані для подальшого аналізу рентгенівського луни.
Проаналізувавши сигнали, вчені розділили системи на групи зі схожими затримками між двома типами рентгенівського випромінювання: виходить від корони і відбитого від акреційного диска. З цієї затримки можна оцінити відстань між ними. Зіставивши рентгенівське відлуння на різних етапах спалаху, вчені змогли оцінити, як змінюється корона і рухається диск.
Корона чорної діри – це регіон високоенергетичної плазми поблизу горизонту подій. Вчені виявили, що під час поглинання матерії вона змінюється найбільше. Два стани, через які при цьому проходить об’єкт, фізики назвали «жорстким» і «м’яким». Спершу діра впадає в “жорсткий” стан, в якому затримки тривають мілісекунди: спалахує корона, насичена фотонами високих енергій, і вилітає відносно слабкий рівномірний потік частинок. Цей стан триває кілька тижнів.
Потім за кілька днів діра в останній раз яскраво спалахує і переходить в «м’який» низькоенергетичний стан. У цей період ненадовго зростає затримка сигналу, тобто збільшується відстань між короною і диском. Ймовірно, корона значно розширюється і витягується вгору щодо діри. При цьому з полюса виривається величезний і потужний джет з високоенергетичних частинок, а рівномірний потік загасає.
Описаний процес допоможе розібратися, як надмасивні чорні діри в центрах галактик здатні викидати частинки в міжгалактичний простір на величезні відстані.
У складі зоряних систем нашої Галактики літають десятки мільйонів відносно невеликих чорних дір. “Роль цих чорних дір в еволюції Галактики залишається відкритим питанням в сучасній астрофізиці, – прокоментувала Ерін Кара (Erin Kara), один з авторів нової роботи. – Примітно, що чорні діри в цих подвійних системах поводяться як мініатюрні надмасивні чорні діри. Тому, вивчаючи спалахи в невеликих сусідніх системах, ми зможемо зрозуміти, як схожі спалахи надмасивних чорних дір впливають на навколишні галактики».