Как „Светлите ехота“ разкриха хранителните навици на Черната дупка

Астрономите вземат реплика от прилепи, като използват метод, подобен на ехолокацията, за да очертаят хранителната среда около черна дупка.

През март 2018 г. черна дупка на звездна маса премина от почти невидим към най-светлия източник в рентгеновото небе. Внезапният изблик на дейност предизвика поредица от „леки ехота“, когато газът, захранващ черната дупка, промени формата си.

Концепция на художник за системата с черни дупки, известна като MAXI J1820 + 070, която внезапно се превърна в най-яркият източник в рентгеновото небе на 11 март 2018 г.
Aurore Simonnet и природата

Ерин Кара (Университета на Мериленд и НАСА Годард) и колегите му съобщават в Nature Nature на 10 януари, че са заснели тези промени в уникални наблюдения, които разгадават ключов аспект на растежа на черната дупка. Кара също представи резултатите на миналата седмица s среща на Американското астрономическо дружество.

Когато черна дупка Включва се

Астрономите могат да изучават черни дупки, защото, докато самите черни дупки са почти невидими, нещата около тях не са t. Тъй като черна дупка със звездна маса се храни с придружител, газът се завърта навътре, нагрява се до милион градуса и излъчва рентгенови лъчи. Над този диск за натрупване заредените частици преливат в още по-горещ облак, състоящ се от корона на милиард градуса, която излъчва рентгенови лъчи с много по-високи енергии.

Тази картина с дискове и корона звучи пълно, но не е. Всъщност астрономите нямат представа как всъщност изглежда корона; дори основната му форма е в процес на обсъждане. По същия начин, докато се смята, че дискът за натрупване има (изненада!) Форма на диска, остава неясно докъде стига дискът.

За да усложнят нещата, черните дупки на звездна маса не се хранят по същия начин през цялото време. Понякога губят газ надолу, а понякога изобщо не ядат. Всеки път, когато преминават между тези „включени“ и „изключени“ състояния, тяхната рентгенова емисия се настройва по характерни начини. Дискът и корона трябва да променят формата си в новооткритата система, която току-що се е включила, но реално изобразяването на тези промени е извън възможностите на настоящите и в близко бъдеще телескопи.

Така астрономите използваха различен метод, наблюдавайки как светлината „отекна“ в системата. Прилепите използват ехолокация, за да очертаят обкръжението, което не могат да видят, извикват на високи честоти и измерват времето, необходимо за връщането на ехото на обажданията им. По същия начин Кара и колегите му използваха светло ехо, за да картографират неразтворимите вътрешности на тази внезапно газова блестяща черна дупка.

Изгряваща звезда

Екипът улови събитието, докато се озарява с помощта на инструмент на борда на Международната космическа станция. Мониторът на рентгенова снимка на цялото небе (MAXI) действа като вид талант, който изследва цялото рентгеново небе на всеки 96 минути и търси различни източници. На 11 март миналата година този фотоапарат забеляза източника, сега известен като MAXI J1820 + 070, точно когато се изстреля в яркост.

На следващия ден интериорният разследващ инструмент за вътрешни композиции на Neutron (NICER), също на борда на космическата станция, започна да наблюдава източника, като го разглежда на всеки един до три дни. По време на тези наблюдения детекторът на NICER преброи отделни рентгенови фотони, измервайки тяхната енергия и време на пристигане, дори когато те се наводниха със скорост до 25 000 фотона в секунда.

Най-общо казано, повечето от нискоенергийните рентгенови лъчи идват от диска, а повечето от високоенергийните рентгенови лъчи идват от короната. Докато данните идваха от NICER, Кара и колегите му можеха да видят, че първо енергийната лента ще изсветли или избледнее, а след това ще последва нискоенергийната лента. Тенденцията предполага, че високоенергийното излъчване, идващо от короната, облъчва диска, нагрява го, докато го свети при по-ниски енергии.

Тази анимация показва рентгенови лъчи от черната дупка MAXI J1820 + 070 от корона (синя), "отекна" от акредиращия диск (оранжев). Измерването на тези ехота позволява на астрономите да картографират корона и диска на черната дупка.
Център за космически полети на НАСА Годард

„Забелязахме, че тези светлинни ехота се сближават и сближават в продължение на няколко седмици“, каза Кара. „Нещо в системата ставаше все по-малко.“

Тъй като други подписи на дисково излъчване не се променяха през тези седмици, екипът на Кара решаваше, че промяната не се случва в диска. Короната се свиваше от нещо като 100 мили до само 10 мили.

Всъщност, близък анализ на времевите лагове показа, че корона всъщност изглежда се простира вертикално над диска. Подобна форма може да подсказва връзка между короната и бързите струи енергийни частици, които често се наблюдават при стрелба от тези системи, захранвани с черна дупка.

Идеята, че корона може да бъде основата на подобни струи, все още е донякъде противоречива и съавторът Джеймс Щайнер (MIT) предупреди, че анализът на екипа не може да определи точната геометрия на короната. „Макар че е честно да кажем, че корона на базата на джет би могла да се впише добре в тези резултати, това също не е уникална интерпретация“, добави той.

Концепцията на този художник показва захранваща черна дупка, изстрелвайки струя от енергийни частици. Може ли корона да бъде основата на такива струи?
НАСА / JPL-Caltech

Резултатите предлагат и оглед на мравка в очите на процес, който протича по слоновите везни в супермасивни черни дупки. Докато черната дупка на звездна маса може да се „включи“ за няколко дни или месеци, на супермасивните черни дупки в центровете на далечни галактики може да отнеме десетки хиляди години, за да извърши същия вид преход.

„[Това измерване] добавя ценно парче към пъзела, но това събитие представлява само една точка от данни“, казва Дарил Хагард (Университета Макгил, Канада), автор на мнение, придружаващо статията за Nature . Хагард добавя, че изследването на допълнителни черни дупки със звездна маса, както и супермасивни черни дупки с неправилни хранителни навици би помогнало за укрепване на тези открития.