Международная команда астрономов получила наиболее подробное рентгеновское изображение центральной области активной галактики MCG –6-30-15, где располагается быстро вращающаяся сверхмассивная чёрная дыра. Снимок был собран с помощью космической миссии XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission) — совместного проекта Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) и NASA — и представляет собой новый этап в наблюдении областей вокруг горизонта событий чёрных дыр.
Что представляет собой XRISM
XRISM — орбитальный рентгеновский телескоп, запущенный 7 сентября 2023 года с целью изучения горячей плазмы, нейтронных звёзд, активных галактических ядер и чёрных дыр посредством рентгеновской спектроскопии. Он оснащён высокочувствительным прибором Resolve, который обеспечивает ультра-высокое энергетическое разрешение спектра и позволяет отделять тонкие спектральные линии, ранее недоступные другим инструментам.
Объект наблюдения: галактика MCG –6-30-15
Галактика MCG –6-30-15 расположена на расстоянии около 120,7 миллионов световых лет от Земли и относится к типу Seyfert 1 — галактик с активным ядром, в котором центральная сверхмассивная чёрная дыра интенсивно поглощает окружающий газ и излучает в рентгеновском диапазоне. Масса центрального объекта оценивается примерно в 2 миллиона масс Солнца.
Что нового показал снимок
Основной научный результат — это разделение спектральных линий излучения и поглощения, связанного с железом (Fe), которое помогает изучить положение и движение материи вблизи горизонта событий. Анализ рентгеновского спектра подтвердил, что часть излучения исходит из очень близкой области к чёрной дыре, где гравитация настолько сильна, что искривляет пространство-время в соответствии с Общей теорией относительности Эйнштейна.
Высокое разрешение данных XRISM позволило:
- выделить широкий профиль эмиссионной линии железа, что указывает на материал, движущийся на скоростях, близких к скорости света;
- отделить отражённое излучение от ближних областей аккреционного диска от более удалённых облаков газа;
- получить точные характеристики вращения (спина) чёрной дыры и термодинамических условий в короне — области сверхвысокой температуры, расположенной над и под аккреционным диском.
Спектральные данные подтвердили, что отражённое излучение от внутреннего диска вблизи горизонта событий примерно в 50 раз интенсивнее, чем излучение от более удалённых областей. Это позволяет оценивать параметры спина более надёжно, чем при предыдущих наблюдениях с более низким разрешением.
Почему это важно
У чёрных дыр две ключевые фундаментальные характеристики: масса и скорость вращения (спин). Массу чёрной дыры можно оценить различными способами, но измерить спин гораздо сложнее, поскольку для этого требуется наблюдать за движением материи на расстояниях, измеряемых порядком нескольких радиусов Шварцшильда (радиуса, соответствующего горизонту событий).
XRISM с высоким спектральным разрешением позволяет:
- реалистично оценивать спин чёрной дыры по рентгеновскому спектру, наблюдая за спектральными линиями, искаженными из-за эффекта гравитационного красного смещения близ горизонта событий;
- анализировать обратное отражение излучения от аккреционного диска, что даёт информацию о распределении газа и его скорости в экстремальных условиях;
- расширять сопоставление между предыдущими низкоразрешёнными спектрами и сегодняшними данными, уточняя выводы о динамике аккреции и эволюции активных галактических ядер.
Что ещё узнали об окружении чёрной дыры
Исследование также предоставило новые сведения о короне чёрной дыры — области сверхвысокой температуры, ответственной за основное рентгеновское излучение. Данные свидетельствуют о нескольких зонах ветров, создаваемых аккрецией, которые выбрасываются из ближайших областей вокруг чёрной дыры. Изучение этих ветров важно для понимания механизма обратного влияния чёрной дыры на окружающий галактический газ и процессы формирования галактик в целом.
Сравнение с другими методами
Ранее большинство снимков сверхмассивных чёрных дыр в непрямом виде получались либо через интерферометрию радиоволн, как в случае с Event Horizon Telescope (EHT), показавшей тень чёрной дыры в галактике M87, либо через спектроскопию низкой разрешающей способности. XRISM добавляет высокое энергетическое разрешение в рентгеновском диапазоне, дополняющее информацию, получаемую другими инструментами.
Перспективы дальнейших исследований
Учёные планируют использовать XRISM для повторного наблюдения тех же источников, для которых ранее были получены спектры низкого разрешения, и переоценить параметры вращения и структуры аккреционного диска. Это позволит определить, насколько точны предыдущие оценки спина и насколько детализировано можно описать условия вокруг сверхмассивных чёрных дыр.
Расширение наблюдений также даст более полное понимание связи между активностью чёрной дыры и эволюцией её хост-галактики, что имеет значение для моделей космологической эволюции.
Итог
Новые данные от миссии XRISM представляют собой самые точные рентгеновские сведения о быстро вращающейся сверхмассивной чёрной дыре в галактике MCG –6-30-15. Они позволяют с высокой точностью определять параметры спина и изучать структуру аккреционного диска вблизи горизонта событий, а также улучшать понимание процессов, происходящих в экстремальных гравитационных условиях.
Этот прогресс открывает новые возможности для исследований активных галактик и роли сверхмассивных чёрных дыр в формировании и эволюции структуры Вселенной.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
