Астрономы нашли самую легкую черную дыру

Источник материала:

© Фото: ESO/L. CalçadaАстрономы с помощью рентгеновского космического телескопа RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer) измерили частоту рентгеновских импульсов от черной дыры в созвездии Скорпиона и выяснили, что ее масса близка к предельно малой массе для черных дыр, сообщает НАСА.

Двойная система IGR J17091-3624 состоит из "нормальной" звезды и черной дыры, которая постепенно "перетягивает" на себя газ из соседки. Система привлекла внимание астрономов в 2003 году, когда ученые зафиксировали яркую рентгеновскую вспышку от нее. Архивные данные показали, что IGR J17091 активизируется с интервалом в несколько лет, последняя вспышка началась в феврале и продолжается до сих пор.

Рентгеновские вспышки от таких двойных систем связаны с тем, что поток газа от обычной звезды формирует вокруг черной дыры аккреционный диск. Трение разогревает газ до миллионов градусов, и он начинает излучать в рентгеновском диапазоне. Ученые полагают, что циклические колебания интенсивности излучения могут быть связаны с быстрыми изменениями рядом с горизонтом событий черной дыры - границы, за пределы которой ничто не может выйти, даже свет.

Рекордсменом по рентгеновской изменчивости считается система GRS 1915+105. Астрономы обнаружили у нее более десяти наслаивающихся друг на друга различных циклов колебаний интенсивности рентгеновского излучения с периодами от секунд до часов.

"Мы полагаем, что большинство из этих циклов связаны с процессами накопления и выбрасывания газа в нестабильном аккреционном диске, а теперь мы обнаружили семь таких циклов у системы IGR J17091", - говорит Томазо Беллони (Tomaso Belloni) из итальянской обсерватории Брера.

Пики рентгеновского пульса GRS 1915 связаны с появлением джетов - струй газа, которые выбрасывает сильное магнитное поле в две противоположные стороны от плоскости аккреционного диска. Скорость этих струй достигает 98% скорости света.
Изменения в рентгеновском спектре во время каждой пульсации, зафиксированные телескопом RXTE, показали, что внутренний регион диска испускает свечение настолько сильное, что оно останавливает поток газа к черной дыре и останавливает формирование джета. Этот момент соответствует минимуму рентгеновского пульса. В конечном счете внутренний диск становится настолько горячим, что разрушается и "сваливается" в черную дыру, освобождая место для новой порции газа и создавая условия для появления джетов. Затем процесс повторяется с периодичностью примерно 40 секунд.

Хотя у астрономов не было свидетельств наличия джетов в системе IGR J17091, ее рентгеновская пульсация показала, что там происходят схожие процессы. Однако амплитуда пульса оказалась примерно в 20 раз меньше, а сам цикл - в восемь раз быстрее (около пяти секунд).

Массу черной дыры GRS 1915 ученые оценивали в 14 масс Солнца, что делало ее одной из самых тяжелых черных дыр, образовавшихся при коллапсе одиночной массивной звезды. Анализ наблюдений IGR J17091 с борта RXTE позволил ученым сопоставить обе системы и сделать вывод, что черная дыра в этой системе, напротив, очень легкая.

"Так же, как сердце мыши бьется чаще, чем у слона, пульс черных дыр пропорционален их массам", - поясняет астрофизик из университета Амстердама Диего Альтамирано (Diego Altamirano).

Черные дыры звездной массы возникают на последней стадии эволюции массивных звезд (от трех до десятков масс Солнца). После выгорания водорода и гелия давление газа падает и не может противостоять гравитации и происходит гравитационный коллапс - образуется объект с настолько сильной гравитацией, что его не может покинуть даже свет.

По результатам исследования IGR J17091 ученые пришли к выводу, что масса черной дыры в этой системе может быть меньше трех масс Солнца, что делает ее самой легкой известной черной дырой.

Ученые планируют начать большую программу по сопоставлению обеих двойных систем с использованием рентгеновских и гамма-обсерваторий RXTE, Swift и XMM-Newton.

Телескоп RXTE был запущен в конце 1995 года и является второй после "Хаббла" по длительности работы астрофизической миссией НАСА.