Грейс Сэнгер-Джонсон, исследователь из Мичиганского государственного университета, обнаружила девять ранее не обнаруженных рентгеновских всплесков от Стрельца А*, центральной сверхмассивной черной дыры Млечного Пути, проанализировав десятилетние рентгеновские данные. На этом изображении НАСА, опубликованном более десяти лет назад, показан пример рентгеновского всплеска. Изображение предоставлено: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех.
Исследователи из Мичиганского государственного университета сделали революционные открытия о сверхмассивной черной дыре в центре нашего Млечного Пути. Эти результаты, основанные на данных рентгеновского телескопа НАСА NuSTAR, были представлены 11 июня на 244-м заседании Американского астрономического общества (ААС).
Черные дыры, как известно, трудно изучать, отчасти потому, что даже свет не может избежать их огромной гравитации. Исследователи обычно делают выводы об их свойствах, наблюдая за гравитационным влиянием на близлежащие звезды, выбросами окружающих газовых облаков и другими подобными явлениями.
Грейс Сэнгер-Джонсон и Джек Утег под руководством Шуо Чжана, доцента кафедры физики и астрономии, нашли инновационные способы пролить больше света на эти космические загадки, используя десятилетия рентгеновских данных, полученных с космических телескопов.
«Вклад Грейс и Джека — источник огромной гордости», — сказал Чжан. «Их работа является примером стремления МГУ проводить новаторские исследования и воспитывать следующее поколение астрономов. Это исследование является ярким примером того, как ученые МГУ раскрывают тайны Вселенной и приближают нас к пониманию природы черных дыр и динамической среды в центре нашей галактики».
Галактический фейерверк
Сэнгер-Джонсон, докторант-исследователь, проанализировала данные за 10 лет в поисках рентгеновских всплесков от Стрельца A* или Sgr A*, центральной черной дыры Млечного Пути. Она обнаружила девять вспышек, которые остались незамеченными.
Эти вспышки представляют собой впечатляющие вспышки высокоэнергетического света, которые предоставляют уникальную возможность изучить непосредственное окружение черной дыры, область, которая обычно невидима из-за ее невероятной гравитации. Sgr A* — ближайшая и наименее активная сверхмассивная черная дыра к Земле, поэтому данные Sgr A* и его вспышек — один из немногих известных в настоящее время способов изучения физической среды черной дыры.
«Мы находимся в первом ряду на этом уникальном космическом фейерверке в центре нашего Млечного Пути», — сказал Чжан, советник Сэнгер-Джонсон.
«И сигнальные ракеты, и фейерверки освещают тьму и помогают нам наблюдать то, что мы обычно не смогли бы увидеть. «Вот почему астрономам необходимо знать, когда и где происходят эти вспышки, чтобы они могли изучать окружающую среду черной дыры, используя этот свет».
Сэнгер-Джонсон тщательно проанализировала десятилетние рентгеновские данные, собранные в период с 2015 по 2024 год с помощью NuSTAR (Nuclear Spectroscope Telescope Array), одного из космических рентгеновских телескопов НАСА. По словам команды, каждый из девяти недавно обнаруженных всплесков предоставляет ценные данные для понимания окружающей среды и активности черной дыры.
«Мы надеемся, что, создав эту базу данных вспышек Sgr A*, мы и другие астрономы сможем проанализировать свойства этих рентгеновских вспышек и сделать выводы о физических условиях в экстремальных условиях сверхмассивной черной дыры», — сказала Сэнгер-Джонсон. .
«Отголоски» черной дыры
Пока Сэнгер-Джонсон сосредоточился на ярких вспышках излучения от стрелка А*, Утег, студент колледжа с отличием МГУ, изучал активность черной дыры, используя технику, аналогичную прослушиванию эха. Утег провел почти 20 лет, анализируя данные о гигантском молекулярном облаке под названием «мост» возле Стрельца А*.
«В отличие от звезд, эти облака газа и пыли в межзвездном пространстве не производят собственных рентгеновских лучей», — сказал Утег. Когда рентгеновские телескопы начали обнаруживать фотоны с моста, астрономы начали выдвигать гипотезы об источнике.
«Яркость, которую мы видим, скорее всего, является запоздалым отражением предыдущих рентгеновских всплесков от Стрельца А*», — сказал Утег. «Впервые мы наблюдали увеличение светимости примерно в 2008 году. Затем рентгеновские сигналы от моста продолжали усиливаться в течение следующих 12 лет, пока не достигли максимальной яркости в 2020 году».
Этот «эхо»-свет черной дыры путешествовал от Стрельца А* до молекулярного облака в течение сотен лет, а затем потребовалось еще около 26 000 лет, прежде чем он достиг Земли.
Анализируя это рентгеновское эхо, Утег начал восстанавливать временную шкалу прошлой активности нашей черной дыры. Это дает понимание, которое было бы невозможно получить только путем прямого наблюдения. Для своего анализа Утег использовал данные NuSTAR и рентгеновского мультизеркала (XMM) космической обсерватории Ньютона Европейского космического агентства.
«Одна из основных причин, по которой мы заботимся о том, чтобы это облако становилось ярче, заключается в том, что оно позволяет нам оценить, насколько яркой вспышка Sgr A* была в прошлом», — сказал Утег.
В рамках этих расчетов Утег и команда МГУ определили, что около 200 лет назад Sgr A* был примерно на пять порядков ярче в рентгеновских лучах, чем мы видим его сегодня.
«Это первый раз, когда мы построили 24-летнюю изменчивость молекулярного облака вокруг нашей сверхмассивной черной дыры, которое достигло своей максимальной рентгеновской светимости», — сказал Чжан. «Это позволяет нам определить прошлую деятельность старшего А* около 200 лет назад. Наша исследовательская группа в МГУ продолжит эту «астроархеологическую игру», чтобы еще больше разгадать тайны центра Млечного Пути».
Точные механизмы, вызывающие рентгеновские вспышки, и точный жизненный цикл черных дыр до сих пор остаются загадкой. Однако исследователи МГУ уверены, что их результаты будут стимулировать дальнейшие исследования и потенциально произведут революцию в нашем понимании этих загадочных объектов.
Информация от: Мичиганским государственным университетом
