V404 Cygni Rings (Источник: рентгеновский снимок: NASA / CXC / U.Wisc-Madison / S. Heinz et al .; оптический / инфракрасный: Pan-STARRS)
- Астрономы заметили в рентгеновских лучах необычный набор колец вокруг черная дыра со звездой-компаньоном.
- Эти кольца создаются световым эхом, явлением, похожим на эхо на Земле от звуковых волн, отражающихся от твердых поверхностей.
- НАСАРентгеновская обсерватория Чандра и обсерватория Нила Герелса Свифта использовались для обнаружения рентгеновских лучей, рикошетящих от пылевых облаков.
- Кольца предоставляют информацию о черной дыре, ее спутнике и промежуточных пылевых облаках.
Это изображение представляет собой впечатляющий набор колец вокруг черной дыры, сделанный с помощью рентгеновской обсерватории НАСА Чандра и обсерватории Нила Герелса Свифта. Рентгеновские изображения гигантских колец раскрывают информацию о пыли, находящейся в нашей галактике, используя тот же принцип, что и рентгеновские лучи, проводимые в кабинетах врачей и в аэропортах.
Черная дыра является частью двойной системы под названием V404 Cygni, расположенной примерно в 7,800 XNUMX световых годах от Земли. Черная дыра активно вытягивает материал от звезды-компаньона - с массой около половины Солнца - в диск вокруг невидимого объекта. Этот материал светится в рентгеновских лучах, поэтому астрономы называют эти системы «рентгеновскими двойными».
5 июня 2015 года Свифт обнаружил вспышку рентгеновского излучения от V404 Cygni. Взрыв создал высокоэнергетические кольца из-за явления, известного как световое эхо. Вместо звуковых волн, отражающихся от стены каньона, световые эхо вокруг V404 Cygni возникли, когда вспышка рентгеновских лучей из системы черной дыры отразилась от пылевых облаков между V404 Cygni и Землей. Космическая пыль не похожа на бытовую пыль, а больше похожа на дым и состоит из крошечных твердых частиц.
На этом составном изображении рентгеновские лучи от Чандры (голубой) были объединены с оптическими данными телескопа Pan-STARRS на Гавайях, которые показывают звезды в поле зрения. Изображение содержит восемь отдельных концентрических колец. Каждое кольцо создано в результате рентгеновских лучей от вспышек V404 Cygni, наблюдавшихся в 2015 году, которые отражаются от различных пылевых облаков. (Иллюстрация художника объясняет, как были созданы кольца, которые видели Чандра и Свифт. Чтобы упростить графику, на иллюстрации показано только четыре кольца вместо восьми.)
Черная дыра в V404 Cygni активно оттягивает материал от звезды-компаньона - с массой примерно в половину массы Солнца - в диск вокруг невидимого объекта. Вспышка рентгеновских лучей от черной дыры, обнаруженная в 2015 году, создала высокоэнергетические кольца в результате явления, известного как световое эхо, когда свет отражается от пылевых облаков между системой и Землей. На этих изображениях показаны рентгеновские лучи от Чандры, а также оптические данные телескопа Pan-STARRS, которые изображают звезды в поле зрения. Каждое из концентрических колец создается вспышкой рентгеновских лучей, отражающихся от пылевых облаков на разных расстояниях. Кольца показаны незавершенными, с промежутками в верхнем левом, верхнем правом и среднем областях. Эти промежутки показывают края поля зрения Чандры во время наблюдений или участки поля, которые Чандра не наблюдала. (Источник: рентгеновский снимок: NASA / CXC / U.Wisc-Madison / S. Heinz et al .; оптический / ИК-порт: Pan-STARRS)
Группа исследователей под руководством Себастьяна Хайнца из Висконсинского университета в Мэдисоне проанализировала 50 наблюдений системы Swift, сделанных в 2015 году в период с 30 июня по 25 августа, и наблюдения Чандры, сделанные 11 и 25 июля 2015 года. Это было такое яркое событие. что операторы Chandra намеренно поместили V404 Cygni между детекторами, чтобы еще одна яркая вспышка не повредила прибор.
Кольца рассказывают астрономам не только о поведении черной дыры, но и о ландшафте между V404 Cygni и Землей. Например, диаметр колец в рентгеновских лучах показывает расстояние до промежуточных пылевых облаков, от которых рикошетировал свет. Если облако находится ближе к Земле, кольцо кажется больше, и наоборот. Световые эхо выглядят как узкие кольца, а не как широкие кольца или ореолы, потому что вспышка рентгеновского излучения длилась относительно короткий период времени.
Иллюстрация этого художника подробно показывает, как создается кольцевая структура, которую видели Чандра и Свифт. Каждое кольцо вызвано отражением рентгеновских лучей от различных пылевых облаков. Если облако ближе к нам, кольцо кажется больше. В результате получился набор концентрических колец с разными видимыми размерами в зависимости от расстояния от нас до облака. Кредит: Univ. Висконсин-Мэдисон / С. Хайнц
Исследователи также использовали кольца, чтобы исследовать свойства самих пылевых облаков. Они сравнили рентгеновские спектры, то есть яркость рентгеновских лучей в диапазоне длин волн, с компьютерными моделями пыли разного состава. Различный состав пыли приведет к различному количеству поглощаемых рентгеновских лучей с более низкой энергией и предотвращению их обнаружения с помощью Chandra. Это аналогично тому, как разные части нашего тела или багажа поглощают разное количество рентгеновских лучей, что дает информацию об их структуре и составе.
Команда определила, что пыль, скорее всего, содержит смесь зерен графита и силиката. Кроме того, анализируя внутренние кольца с помощью Чандры, они обнаружили, что плотность пылевых облаков не одинакова во всех направлениях. Предыдущие исследования предполагали, что это не так.
Статья с описанием результатов V404 Cygni была опубликована в выпуске Astrophysical Journal от 1 июля 2016 года (препринт). Авторы исследования: Себастьян Хайнц, Лия Корралес (Мичиганский университет); Рэндалл Смит (Центр астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт); Нил Брандт (Государственный университет Пенсильвании); Питер Йонкер (Нидерландский институт космических исследований); Ричард Плоткин (Университет Невады, Рино); и Джои Нилсон (Университет Вилланова).
Этот результат связан с аналогичной находкой рентгеновской двойной Circinus X-1, которая содержит нейтронная звезда вместо черной дыры, опубликованной в статье в журнале Astrophysical Journal от 20 июня 2015 года под названием «Властелин колец: кинематическое расстояние до Circinus X-1 от гигантского рентгеновского светового эха»(Препринт). Это исследование также проводил Себастьян Хайнц.
Ежегодно публиковалось несколько статей, в которых сообщалось об исследованиях вспышки V404 Cygni в 2015 году, которая вызвала эти кольца. Предыдущие вспышки были зарегистрированы в 1938, 1956 и 1989 годах, поэтому у астрономов может быть еще много лет, чтобы продолжить анализ вспышки 2015 года.
Центр космических полетов им. Маршалла НАСА руководит программой Chandra. Рентгеновский центр Чандра Смитсоновской астрофизической обсерватории контролирует науку из Кембриджа, штат Массачусетс, и выполнение полетов из Берлингтона, штат Массачусетс.
