22
Коли ви досить довго дивитеся в серце галактики, щоб спробувати помітити чорну діру, яка там ховається, це може бути не все, що ви вловите. Коли у 2018 році грандіозне співробітництво спрямувало телескопи по всьому світу до серця галактики M87 у остаточно успішній спробі зафіксувати деталі її надмасивної чорної діри, їм також вдалося спостерігати деякі з диких махінацій, у які бере участь така чорна діра.
Тепер астрономи виявили, що одна з цих махінацій була колосальною відрижкою – вибухом гамма-випромінювання від одного з потужних струменів плазми, що випускається з полюсів чорної діри під час її живлення.
«Нам пощастило виявити гамма-спалах від M87 під час багатохвильової кампанії Event Horizon Telescope», — каже астрофізик Джакомо Прінчіпе з Університету Трієста в Італії. «Це перше спалахування гамма-випромінювання, яке спостерігалося в цьому джерелі за десятиліття, що дозволяє нам точно обмежити розмір області, відповідальної за спостережене гамма-випромінювання».
M87, розташована трохи менше ніж за 55 мільйонів світлових років від Чумацького Шляху, була обрана для першого людства зображення тіні надмасивної чорної діри частково тому, що її центральна чорна діра активно висмоктує матеріал із величезної хмари матеріалу навколо себе.
Сила тертя та сили тяжіння, які діють у хмарі матеріалу, нагрівають його та спричиняють світіння. Це джерело плямистого світла, яке ви бачите на зображенні M87*. Але надмасивна чорна діра, що живиться, часто демонструє ще одне явище: астрофізичні струмені.
Вчені вважають, що вони породжуються взаємодією між матеріалом і зовнішнім магнітним полем чорної діри. Коли матеріал падає з внутрішнього краю диска газу та пилу, що обертається навколо чорної діри, як вода навколо дренажу, частина його відхиляється вздовж ліній магнітного поля за межі горизонту подій. Він прискорюється до полюсів, звідки запускається в космос із величезною швидкістю, що наближається до швидкості світла у вакуумі.
Це астрофізичні джети, і M87 має помітні. Спостереження за чорними дірами в галактиці допомогли вченим краще зрозуміти цей процес, завдяки найдетальнішим спостереженням регіону, з якого запускаються джети. Потікаючи від галактики в міжгалактичний простір, струмені надмасивної чорної діри можуть взаємодіяти з об’єктами, з якими вони стикаються, а також створювати досить дику турбулентність.
Вважається, що спалахи гамма-випромінювання, які іноді спостерігаються з цих струменів, є результатом згустків матеріалу, які потрапляють у струмінь і прискорюються до надзвичайно високих енергій, що призводить до спалахів гамма-променів високої енергії.
Як ви можете собі уявити, це робить їх дещо непередбачуваними. Ви не можете планувати спостереження; вам просто потрібно сподіватися, що ви шукаєте в потрібному місці в правильний час. Спалах, який випадково зафіксував телескоп Event Horizon, був неймовірним. Воно тривало три дні, що відповідає області випромінювання менше 170 астрономічних одиниць – приблизно в 170 разів більше відстані між Землею та Сонцем.
«Швидка мінливість гамма-променів вказує на те, що область спалаху надзвичайно мала, лише приблизно в десять разів більша за розмір центральної чорної діри», — пояснює астрофізик Даніель Мазін з Токійського університету.
«Цікаво, що різка мінливість, яка спостерігається в гамма-променях, не була виявлена на інших довжинах хвиль. Це свідчить про те, що область спалаху має складну структуру та демонструє різні характеристики залежно від довжини хвилі».
Цікаво, що асиметрія світлового кільця навколо чорної діри змінилася залежно від спалаху. Асиметрія проявляється у вигляді більш яскравих і тьмяних ділянок кільця; коли спалах спостерігався, ці плями відносної яскравості та тьмяності рухалися, припускаючи взаємозв’язок між кільцем і спалахом.
Характер стосунків на цей час залишається загадкою; дослідники не змогли точно визначити джерело гамма-випромінювання або що його спричинило. Але спостереження дають нам нову інформацію, яка може допомогти обмежити майбутні дослідницькі зусилля.
«Як і де частинки прискорюються в надмасивних струменях чорних дір — це давня загадка», — каже астрофізик-теоретик Сера Маркофф з Амстердамського університету. «Вперше ми можемо поєднати пряме зображення областей поблизу горизонту подій під час спалахів гамма-випромінювання від подій прискорення частинок і перевірити теорії про походження спалахів». Дослідження опубліковано в Astronomy & Astrophysics.
