Рентгенівський супутник XRISM спостерігає за подвійною системою, що складається з чорної діри та звичайної зорі. Він дізнався дивовижні речі про перетікання газу між ними та випромінювання енергії під час цього процесу.
Спостереження чорних дір у рентгенівському діапазоні
Міжнародна група дослідників повідомила про цікаві результати спостережень XRISM за рентгенівською подвійною системою чорної діри 4U 1630–472, розташованою в нашій Галактиці. XRISM — це рентгенівський астрономічний супутник, розроблений Японією у співпраці зі США та Європою, який був запущений з космічного центру Танегасіма 7 вересня 2023 року.
Це спостереження, проведене під час затухання спалаху, дозволило успішно зафіксувати лінії поглинання високоіонізованого заліза в найслабшому рентгенівському стані системи. Результати дають рідкісну можливість зазирнути в структуру і рух гарячого газу навколо чорної діри (ЧД) під час її найслабшої рентгенівської фази, надаючи нові уявлення про те, як ці екстремальні системи еволюціонують і взаємодіють зі своїм оточенням.
Розміри чорних дір коливаються від кількох до мільярдів сонячних мас. Рентгенівські подвійні системи містять чорну діру зоряної маси — зазвичай не більш ніж у кілька десятків разів більшу за масу Сонця, — яка обертається навколо звичайної зорі. Газ, що витягується з цієї зорі, спіраллю спрямовується до чорної діри, формуючи надзвичайно гарячий акреційний диск. У його внутрішніх областях температура сягає майже 10 млн кельвінів, випромінюючи потужне рентгенівське світло.
Поведінка рентгенівських подвійних систем із ЧД
На сьогодні відомо близько сотні підтверджених або ймовірних рентгенівських подвійних систем із чорними дірами, серед яких — знаменита Лебідь X-1. Більшість часу вони залишаються тьмяними, однак подеколи переживають спалахи, коли їхня рентгенівська яскравість може зрости у 10 000 разів всього за тиждень. Під час таких епізодів деякі системи викидають потужні вітри з акреційних дисків, проте умови, що спричиняють ці різкі спалахи й запускають вітри, досі залишаються недостатньо вивченими.
Дослідження чорних дір зоряної маси дає цінні відомості про поведінку надмасивних чорних дір у центрах галактик, які відіграють ключову роль у формуванні зір та еволюції самих галактик. Спостерігаючи їх зблизька, астрономи намагаються розкрити універсальні процеси, що визначають динаміку космічного середовища.
Що вдалося зафіксувати за допомогою XRISM?
XRISM оснащений Resolve — найсучаснішим м’яким рентгенівським спектрометром, здатним вимірювати енергію рентгенівського випромінювання з безпрецедентною точністю. Незабаром після початку регулярної роботи команда спостерігала 4U 1630–472, рентгенівську подвійну систему з чорною дірою, розташовану в сузір’ї Косинця. Протягом приблизно 25 годин з 16 по 17 лютого 2024 року XRISM зафіксував систему безпосередньо перед тим, як вона повернулася до стану спокою наприкінці спалаху, коли її рентгенівська яскравість уже впала до приблизно однієї десятої від пікового значення.
Спостереження за перехідними явищами вимагало швидкої координації. Команда щодня проводила моніторинг рентгенівських подвійних систем із чорними дірами за допомогою ширококутних рентгенівських приладів, а потім тісно співпрацювала з операційною командою XRISM, щоб оперативно скоригувати графік, що зробило це спостереження можливим.
Отримані спектри виявили чіткі лінії поглинання від високоіонізованого заліза, навіть на цій тьмяній стадії. Примітно, що в другій половині спостереження поглинання посилилося, попри незначні зміни яскравості рентгенівського випромінювання.
Аналіз показав, що поглинальний газ перебував у зовнішньому акреційному диску, рухаючись зі швидкістю менше ніж ~200 км/с — набагато повільніше, ніж вітри зі швидкістю ~1000 км/с, які спостерігалися в яскравіших фазах. За таких низьких швидкостей газ залишається гравітаційно прив’язаним до чорної діри. Зростання поглинання у другій половині спостереження, ймовірно, було зумовлене локалізованою газовою хмарою на зовнішньому краю диска, що, можливо, виникла у місці зіткнення потоку від супутньої зорі з диском.
Рух газу біля чорної діри
Ці спостереження є першим випадком, коли детальні особливості поглинання були виявлені в рентгенівській подвійній системі з чорною дірою за такої низької світлосили. Завдяки винятковим спектральним можливостям XRISM астрономи змогли скласти карту руху і розподілу гарячого газу поблизу чорної діри в режимі, який раніше був недосяжним.
Результати показують, що навіть за слабкого рентгенівського випромінювання навколо чорної діри може бути присутній високоіонізований газ, який, можливо, перебуває в русі. Це дає цінну інформацію про приплив і відтік газу в акреційному диску та фізичні умови, які можуть спричинити утворення вітру.
Наступною метою команди є фіксація майбутніх спалахів різної яскравості за допомогою XRISM, що дозволить відстежувати зміни властивостей газу з часом. Зараз вони перебувають у режимі очікування, готові швидко реагувати, коли відбудеться наступний спалах чорної діри в рентгенівській подвійній системі.
За матеріалами phys.org
