1697
Чорні діри часто уявляють як «тунелі в простір-час», що ведуть до неминучої загибелі або в інші всесвіти. Насправді це залишки зірок, які колапсували до настільки великої густини, що гравітація на їхній поверхні досягає швидкості світла. Через це ніщо, включно зі світлом, не може вирватися за межі їхньої зовнішньої границі — горизонту подій.
У Кавлі-інституті астрофізики та космічних досліджень МІТ професорка Ерін Кара (Erin Kara) очолює групу, яка перебуває в авангарді фізики чорних дір. Використовуючи дані наземних і космічних телескопів, вони вивчають властивості чорних дір, їхнє зростання та вплив на оточення. Особливу увагу команда приділяє надмасивним чорним дірам у центрах великих галактик, що відіграють ключову роль у їхньому формуванні та еволюції. Про це розповідає матеріал на сайті Universe Today.
Як народилася ідея рентгенівського відлуння
Шлях Кари до цієї теми почався в Інституті астрономії Кембриджського університету, де вона спершу здобула магістерський ступінь з фізики, а потім залишилася на PhD. Темою її дисертації стало тоді ще відносно нове явище — рентгенівське відлуння біля чорних дір.
У 2009 році її науковий керівник, Енді Фабіан (Andy Fabian), королівський професор-дослідник і керівник рентгенівської групи Інституту астрономії, разом із колегами аналізував архівні рентгенівські спостереження. Вони помітили дивні часові затримки сигналу від корони — гарячої, насиченої енергією області навколо чорної діри.
Команда інтерпретувала ці затримки як перші свідчення рентгенівського відлуння: рентгенівське випромінювання, що виникає в короні, відбивається від навколишнього диска з газу й пилу — акреційного диска, який обертається навколо чорної діри. Затримка між прямим і відбитим сигналом дає змогу «проміряти» геометрію цих екстремальних областей.
За словами Кари, на той момент такі «ехо» виявили лише в одній чорній дірі, але архіви були заповнені даними, які ніхто не аналізував саме з цього погляду. Вона отримала можливість присвятити всю свою дисертацію пошуку й вивченню цих сигналів, що зробило її роботу дуже орієнтованою на відкриття.
Від Hitomi до XRISM і NICER
Після захисту дисертації Кара продовжила дослідження рентгенівського відлуння під час постдокторантури в Університеті Меріленда та в Центрі космічних польотів імені Ґоддарда NASA. Там вона працювала, зокрема, над японською місією Hitomi.
Хоча Hitomi припинила роботу вже через 40 днів у космосі, зібрані нею дані підтвердили ефективність її мікрокалориметричного інструмента. Ця технологія згодом лягла в основу місії XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission), де Кара очолює наукову групу, що аналізує рентгенівські сигнали від корон надмасивних чорних дір.
Паралельно вона співпрацювала з командою МІТ, яка створювала прилад NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer). Цей інструмент нині встановлений на Міжнародній космічній станції та вимірює точний час надходження рентгенівських фотонів від різних астрофізичних джерел.
Картування екстремальних зон навколо надмасивних чорних дір
Сьогодні Кара та її студенти продовжують розвивати метод рентгенівського відлуння, який дозволяє будувати карти околиць надмасивних чорних дір. Аналізуючи дані XRISM, NICER та інших місій, вони намагаються зрозуміти, як чорні діри ростуть, змінюються з часом і впливають на галактики, у яких перебувають.
Група також вивчає інші екстремальні рентгенівські джерела: події руйнування зірок приливними силами, періодичні спалахи та раптові викиди з чорних дір. Ці спостереження вже привели до неочікуваних результатів, які змушують переглядати попередні уявлення про поведінку чорних дір.
За словами Кари, раніше астрономи не мали можливості постійно «стежити» за такими системами. Тепер же видно, що вони можуть вмикатися й вимикатися набагато швидше, ніж вважалося. Матеріал затягується в чорні діри швидшими темпами, можливо, через те, що зорі пролітають поруч, руйнуються й їхні уламки захоплюються акреційним диском.
Наступне покоління обсерваторій
Найближчим часом робота Кари пошириться й на майбутні обсерваторії, такі як ультрафіолетовий супутник ULTRASAT (Ultraviolet Transient Astronomy Satellite) та космічну антену LISA (Laser Interferometer Space Antenna). ULTRASAT має безперервно сканувати небо в ультрафіолетовому діапазоні в пошуках гарячих, короткочасних джерел, тоді як LISA виявлятиме низькочастотні гравітаційні хвилі від злиття чорних дір.
Комбінація рентгенівських спостережень, ультрафіолетових спалахів і гравітаційних хвиль дасть змогу розглядати надмасивні чорні діри з різних боків — від їхньої корони й акреційного диска до катастрофічних злиттів.
Кара підкреслює, що вражає вже сам факт, що людство здатне дізнаватися щось про події, які відбуваються за мільярди світлових років від нас. Водночас, за її словами, навколо надмасивних чорних дір залишається безліч відкритих загадок, які вона та її команда прагнуть розв’язати за допомогою рентгенівського відлуння та нових космічних місій.
Астрономи МІТ картують околиці чорних дір за відлунням рентгенів з’явилася спочатку на Цікавості.
