Световое эхо указало на эволюцию короны черной дыры

0

Астрофизики получили свидетельства, что корона из очень горячих электронов вокруг черной дыры звездной массы постепенно уменьшается после поглощения вещества. Ранее подобные процессы можно было изучать только в случае для намного больших и ярких сверхмассивных черных дыр. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Структура потоков вокруг черной дыры звездной массы может меняться на временных масштабах от дней до месяцев. Медленно поглощающая вещество черная дыра формирует вокруг себя тонкий аккреционный диск, основная часть излучения которого приходится на мягкий рентгеновский диапазон. Однако, когда существенное количество материи начинает падать в черную дыру, то над аккреционным диском образуется корона, которая светит в жестком рентгеновском диапазоне. С точки зрения наблюдений это соответствует вспышке у черной дыры.

Ученые долгое время обсуждали детали перехода черных дыр звездных масс от одного состояния к другому. В частности, существовало два объяснения различных спектров излучения. Согласно одному, в первую очередь важен размер короны, сильно меняющийся между фазами. Согласно другому, дело во внутреннем радиусе диска, то есть минимальном расстоянии до черной дыры.

В новой работе международный коллектив астрофизиков описывает результаты длительных наблюдений вспышки черной дыры MAXI J1820+070, зафиксированной 11 марта 2018 года. Авторам удалось выделить в данных световое эхо, то есть отраженное от диска излучение короны. Оно указало, что эволюция спектра связана именно с размером короны, которая в пике вспышки достигала около 100 километров в поперечнике, но затем сжалась в 10 раз. Такой вывод удалось сделать, так как временная задержка между приходом рождающихся в диске фотонов мягкого рентгена и появляющимися в короне высокоэнергетическими квантами света существенно уменьшилась на протяжении месяца наблюдений, а это значит, что уменьшилось физическое расстояние между этими источниками света.

Альтернативное объяснение, опирающееся на изменения размера диска, удалось отвергнуть благодаря наблюдению линий возбужденного железа. Это излучение создается ионами железа в диске в случае присутствия дополнительного источника нагрева. В частности, таким источником может быть корона, из-за чего условия для появления данных линий сформируются во внутренней части диска. Авторам не удалось зафиксировать заметных изменений в излучении этой линии в течение вспышки, что говорит о неизменности внутреннего радиуса диска.

«Это первый случай, когда нам удалось получить указания на сжатие короны в процессе эволюции вспышки, — говорит соавтор работы Джек Штейнер из Массачусетского технологического института (США). — Корона черных дыр все еще остается достаточно загадочным объектом, и у нас есть лишь примерное понимание этого явления. Однако теперь у нас есть данные, что меняющимся элементом в системе является именно структура самой короны».