Самая большая черная дыра даже ярче, чем считалось ранее
На протяжении десятилетий ученые ломали голову над происхождением необычного источника рентгеновского излучения, лежащего в спиральном рукаве галактики М101. Этот странный объект, как и другие ультраяркие источники рентгеновского излучения , представляет собой узор из звезды и черной дыры, вращающихся вокруг общего центра масс. Интересно, однако, что яркость и масса компонентов системы не складываются легко.
Иными словами — либо компоновка в два раза четче, чем должна быть по расчетам, либо она массивнее предполагаемой. Разница здесь очень важна, потому что она покажет, насколько большими и массивными могут быть черные дыры, лежащие в центрах галактик. Кроме того, астрономам трудно косвенно судить о массах по наблюдениям за системой. Чтобы найти ответ на свой вопрос, им пришлось бы измерять массы прямыми методами.
Профессор Брегман является частью международной команды ученых, осуществивших это непростое искусство. Он показал, среди прочего, что черная дыра в вышеописанной системе вполне типична, по крайней мере, с учетом ее массы. Это так называемые черные дыры звездного типа — они образуются, когда звезда вырастает примерно в 200 раз больше диаметра нашего Солнца, а затем коллапсирует в конце своей бурной жизни. Черная дыра в M101 имеет массу примерно в 20-30 раз больше массы своего обычного звездного компаньона. Однако, по словам Брегмана, он исключительно большой — более того, ярче, чем считалось ранее. Это открытие также означает, что наше понимание физики этих объектов, и особенно аккреции, все еще неполно и нуждается в корректировке.
Аккреция — это процесс, посредством которого черная дыра поглощает (поглощает) окружающее вещество, например галактики, при этом растет и — каким-то косвенным, сложным образом — излучает часть поглощенного вещества/энергии. Хотя ничто, даже свет, не может вырваться из гравитационного поля такого объекта, часть спиралевидного материала сильно нагревается, а также испускает рентгеновские лучи. Это предмет интенсивных исследований, потому что он говорит нам, как и насколько могут расти черные дыры. Зная массу черной дыры, мы можем перейти к оценке и объяснению ее необычно высокой яркости.
Каковы его возможные объяснения? По мнению исследователей, это может быть процесс оттягивания звездного ветра от компаньона. Тогда светится поток заряженных частиц из звездной атмосферы. В прошлом этот механизм считался неэффективным, но он все еще находится в стадии рассмотрения. Другое объяснение состоит в том, что пузыри образуются в аккреционном диске, состоящем из вещества, падающего в черную дыру. Они могут добавить дополнительное излучение в его окрестности.
Чтобы измерить массу обсуждаемой здесь системы ULX-1, ученые посмотрели на нее через телескоп Gemini .. Затем они провели спектроскопический анализ полученных изображений, что позволило оценить химический состав звезды. Оказалось, что в нем не так много водорода. Оказалось, что это звезда Вольфа-Райе. Эти звезды огромные, горячие и очень редкие. Они быстро сжимаются из-за потери веса через механизм сильных звездных ветров. А зная тип звезды и учитывая ее яркость по наблюдениям, было относительно легко оценить ее приблизительную массу. Это было примерно в 19 раз больше массы Солнца.
В свою очередь, наблюдения за системой в течение трех месяцев определили, как часто черная дыра и звезда вращаются (и затмевают) друг друга. Имея всю эту информацию, ученые смогли, используя законы движения Ньютона, оценить массу черной дыры в ULX-1 .
Каковы последствия этого знания? Прежде всего, кажется, что мы еще мало знаем о так называемом промежуточные черные дыры. Согласно некоторым теориям, они могут быть семенами более крупных сверхмассивных черных дыр, обнаруженных в подавляющем большинстве галактических центров. Но как формируются такие объекты, до сих пор остается открытым вопросом в астрофизике. Здесь возникают трудности — как наблюдательные — таких объектов нам пришлось бы найти и изучать много, — так и теоретические — нам пока не хватает хорошей теории, объясняющей процесс их образования.
