Черная дыра плюется гамма-лучами

Гамма-телескоп "Интеграл" Европейского космического агентства обнаружил вокруг одной из черных дыр в созвездии Лебедя облако сверхперегретого газа. Как выяснилось, эта дыра под названием Cygnus X-1 выталкивает часть падающего в нее вещества близлежащей звезды-супергиганта благодаря сильному магнитному полю. Кроме того, газ испускает гамма-лучи.

Данный космический объект удален от Солнца на шесть тысяч световых лет и представляет собой двойную систему, состоящую из небольшой черной дыры (ее масса равна десяти солнечным) и голубого сверхгиганта, масса которого превышает солнечную в 35 раз.

Голубыми сверхгигантами называют массивные звезды, масса которых находится в пределах 10-50 солнечных. Температура их поверхности составляет 20-50 тысяч градусов по Цельсию. Из-за огромной массы продолжительность их жизни относительно коротка (по космическим меркам, конечно) — 10-50 миллионов лет. В фазе "умирания" интенсивность термоядерных реакций, протекающих в ядре звезды, снижается, и она коллапсирует, то есть сжимается.

В результате уменьшения площади поверхности увеличивается плотность излучаемой ею энергии, поэтому умирающая звезда нагревается. Возможно превращение звезды класса голубых сверхгигантов в красного сверхгиганта, и наоборот. Такие метаморфозы могут происходить неоднократно.

Объект Cygnus X-1 был открыт в 1964 году во время суборбитального полета и является одним из ярчайших источников рентгеновского излучения в обозримом космосе.

Как и водится в таких системах, материя звезды постепенно "заглатывается" черной дырой, вокруг которой формируется аккреционный диск из вращающихся частиц вещества. Разогреваясь, вещество начинает испускать излучение в рентгеновском диапазоне.

После открытия первых двойных объектов подобного типа в ходе наблюдений выяснилось, что часть черных дыр в таких системах имеет релятивистские джеты, то есть потоки, в которых движение частиц направлено в две противоположные стороны — внутрь дыры и от нее. Найденные объекты получили название микроквазаров — по аналогии с обычными квазарами, расположенными в центрах галактик и связанными со сверхмассивными черными дырами.

Фото: AP

Что же касается системы Cygnus X-1, то астрономы обнаружили здесь один интересный эффект: спектр гамма-излучения оказался "двойным", то есть речь идет о разных физических процессах. Так, слабо поляризованную область (ее "энергетичность" составляет 250-400 килоэлектронвольт) ученые связывают с комптоновским рассеиванием фотонов на тепловых электронах. Напомню, что комптоновским рассеиванием (эффектом Комптона) называется изменение длины волны электромагнитного излучения вследствие рассеивания (то есть процесса изменения направления движения частиц в результате столкновений с другими частицам) его электронами. Проще говоря, летящие фотоны сталкиваются с находящимися на их пути медленными (тепловыми) электронами, в результате чего параметры испускаемого ими излучения меняются. А вот область с более сильной поляризацией (0,4-2 мегаэлектронвольт) связана с действием магнитного поля.

"Сильная поляризация свидетельствует о том, что мы имеем дело с синхротронным излучением, которое испускается заряженными частицами, движущимися по искривленным магнитным полем траекториям, — комментирует руководитель проекта Филипп Лоран из французского Института исследований фундаментальных законов Вселенной. — Следовательно, вблизи горизонта событий черной дыры действует сильное магнитное поле. Теоретики, конечно, предполагали, что оно там будет, но теперь у нас появились факты".

Для исследований орбитальной обсерватории INTEGRAL потребовалось семь лет. По спектру гамма-излучения ученые определили скорость потока газовых частиц, а также по типу поляризации определили его траекторию.

По утверждению астрономов, материя "отталкивается" от черной дыры буквально за миллисекунду до того, как исчезнуть в ней. Мощное магнитное поле, расположенное всего в нескольких сотнях километров от поверхности черной дыры, вблизи горизонта событий, захватывает собой часть падающего в дыру вещества и, создавая высоко поляризованные магнитные каналы, выталкивает его прочь по спиральной траектории. Подобный магнитный феномен исследователи наблюдают впервые.

Однако, как веществу удается собираться в струи и, преодолевая колоссальную гравитацию, мчаться прочь от черной дыры, пока остается неясным. Ведь черные дыры засасывают практически все, что оказывается вблизи них, и обратного хода, как говорится, нет. Каким же образом частицам газа удается "спастись"?

"Принцип действия микроквазаров мы представляем себе довольно хорошо, но некоторые детали механизма, связывающего джеты с аккреционным диском, оставались неизвестны", — говорит Филипп Лоран.

Читайте также: Черные дыры все ближе и чернее

Впрочем, в ходе наблюдений астрофизикам, вероятно, удастся ответить на эти вопросы. Тем не менее, ясно одно — не все черные дыры являются "сверхжадинами". Некоторые могут не только брать, но и отдавать…