Концепция этого художника показывает возможные местоположения железа, обнаруженные в рентгеновском спектре NGC 4151, полученном XRISM. Ученые полагают, что железо, излучающее рентгеновские лучи, находится в горячем аккреционном диске, недалеко от черной дыры. Поглощающее рентгеновские лучи железо может находиться еще дальше, в более холодном облаке материала, называемом тором. Фото: Лаборатория концептуальных изображений Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.
После начала научной работы в феврале возглавляемая Японией миссия XRISM (Миссия рентгеновской визуализации и спектроскопии) изучила чудовищную черную дыру в центре галактики NGC 4151.
«Прибор XRISM Resolve запечатлел подробный спектр области вокруг черной дыры», — сказал Брайан Уильямс, научный сотрудник НАСА для миссии в Центре космических полетов имени Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. «Пики и провалы подобны химическим отпечаткам пальцев, которые могут сказать нам, какие элементы присутствуют, и дать подсказки о судьбе материи по мере ее приближения к черной дыре».
XRISM (произносится как «crism») возглавляется JAXA (Японским агентством аэрокосмических исследований) в сотрудничестве с НАСА, а также при участии ЕКА (Европейского космического агентства). Он был запущен 6 сентября 2023 года. НАСА и JAXA разработали Resolve, микрокалориметрический спектрометр миссии.
NGC 4151 — спиральная галактика на расстоянии около 43 миллионов световых лет от нас в северном созвездии Гончих Псов. Сверхмассивная черная дыра в ее центре содержит массу, более чем в 20 миллионов раз превышающую массу Солнца.
Галактика также активна, а это значит, что ее центр необычайно яркий и переменный. Газ и пыль, кружащиеся к черной дыре, образуют вокруг нее аккреционный диск и нагреваются под действием сил гравитации и трения, создавая изменчивость. Часть материи на краю черной дыры образует двойные струи частиц, которые вылетают с каждой стороны диска почти со скоростью света. Аккреционный диск окружает пухлое облако материала в форме пончика, называемое тором.
Прибор Resolve на борту XRISM (миссия рентгеновской визуализации и спектроскопии) получил данные из центра галактики NGC 4151, где сверхмассивная черная дыра медленно поглощает материал из окружающего аккреционного диска. Результирующий спектр показывает присутствие железа в пике около 6,5 кэВ и провалах около 7 кэВ, свет в тысячи раз более энергичный, чем тот, который могут видеть наши глаза. Фон: изображение NGC 4151, полученное с помощью комбинации рентгеновского, оптического и радиоизлучения. Авторы и права: Спектр: JAXA/NASA/XRISM Resolve. Справочная информация: рентгеновские снимки, NASA/CXC/CfA/J.Wang et al.; оптический, Группа телескопов Исаака Ньютона, телескоп Ла-Пальма/Якобус Каптейн; радио, НФС/НРАО/ВЛА
Фактически, NGC 4151 — одна из самых близких известных активных галактик. Другие миссии, в том числе рентгеновская обсерватория НАСА «Чандра» и космический телескоп «Хаббл», изучали его, чтобы узнать больше о взаимодействии между черными дырами и их окружением, что может рассказать ученым, как сверхмассивные черные дыры в галактических центрах растут с течением космического времени.
Галактика необычайно ярка в рентгеновских лучах, что сделало ее идеальной ранней целью для XRISM.
Спектр NGC 4151, полученный Resolve, демонстрирует резкий пик при энергии чуть ниже 6,5 кэВ (килоэлектронвольт) — эмиссионную линию железа. Астрономы полагают, что большая часть энергии активных галактик исходит от рентгеновских лучей, исходящих из горячих, вспыхивающих областей, близких к черной дыре. Рентгеновские лучи, отражающиеся от более холодного газа в диске, вызывают флуоресценцию железа, создавая специфический рентгеновский пик. Это позволяет астрономам нарисовать лучшую картину как диска, так и областей извержения, находящихся гораздо ближе к черной дыре.
В спектре также наблюдается несколько провалов в районе 7 кэВ. Железо, находящееся в торе, также вызвало эти провалы, но за счет поглощения рентгеновских лучей, а не излучения, поскольку материал там намного холоднее, чем в диске. Все это излучение примерно в 2500 раз более энергично, чем свет, который мы видим глазами.
Железо — это лишь один элемент, который может обнаружить XRISM. Телескоп также может обнаружить серу, кальций, аргон и другие вещества, в зависимости от источника. Каждый из них рассказывает астрофизикам что-то свое о космических явлениях, разбросанных по рентгеновскому небу.
XRISM — это совместная миссия JAXA и НАСА при участии ЕКА. Вклад НАСА включает научное участие CSA (Канадского космического агентства).
Информация от: Центром космических полетов имени Годдарда НАСА.
