Впервые обнаружен искаженный свет из-за черной дыры

Магнитная и гравитационная среда вокруг черной дыры настолько экстремальна, что мы должны видеть, как свет огибает ее и отражается от наблюдателя из-за черной дыры - по крайней мере, согласно теоретическим предсказаниям общей теории относительности Эйнштейна.

Теперь, впервые астрономы непосредственно зарегистрировали этот отраженный свет в виде рентгеновских эхо-сигналов от сверхмассивной черной дыры на расстоянии 800 миллионов световых лет от галактики I Zwicky 1 (I Zw 1). Это окончательно подтверждает предсказание Эйнштейна и проливает свет на самые темные объекты во Вселенной.

"Любой свет, попадающий в эту черную дыру, не выходит, поэтому мы не должны видеть ничего, что находится за черной дырой", - сказал астрофизик Дэн Уилкинс из Стэнфордского университета.

"Причина, по которой мы можем видеть [рентгеновское эхо], заключается в том, что эта черная дыра искривляет пространство, искривляя свет и закручивая вокруг себя магнитные поля".

Пространство, непосредственно окружающее черную дыру, состоит из нескольких компонентов. Есть горизонт событий - знаменитая "точка невозврата", в которой даже скорости света недостаточно для достижения космической скорости.

Активная черная дыра, такая как I Zw 1 *, также имеет аккреционный диск. Это огромный сплюснутый диск из пыли и газа, втекающий в объект, как вода, кружащаяся в канализации.

Этот диск становится невероятно горячим из-за влияний трения и магнитного поля - настолько горячим, что электроны отрываются от атомов, образуя намагниченную плазму.

Сразу за горизонтом событий активной черной дыры, внутри внутреннего края аккреционного диска, вы найдете корону. Считается, что это область раскаленных электронов, питаемых магнитным полем черной дыры.

Магнитное поле настолько искажается, что ломается и снова соединяется - процесс, который на Солнце вызывает мощные извержения. В черной дыре корона действует как синхротрон, ускоряя электроны до таких высоких энергий, что они ярко светят в рентгеновских лучах.

"Это магнитное поле, связанное и затем близкое к черной дыре, нагревает все вокруг нее и производит эти высокоэнергетические электроны, которые затем продолжают производить рентгеновские лучи", - объяснил Уилкинс.

Некоторые из рентгеновских фотонов облучают аккреционный диск и повторно обрабатываются посредством таких процессов, как фотоэлектрическое поглощение и флуоресценция, а затем повторно излучаются - в так называемом реверберационном эхо, которое в рентгеновских лучах называется «отражением». спектр. Это отраженное излучение можно использовать для нанесения на карту области, ближайшей к горизонту событий черной дыры.

Это таинственная корона, которую Уилкинс и его команда стремились изучить, когда приступили к исследованию I Zw 1 *. В январе 2020 года они провели наблюдения галактики с помощью двух рентгеновских обсерваторий, NUStar и XMM-Newton.

Они увидели ожидаемые рентгеновские вспышки в данных, но затем они обнаружили то, чего не ожидали - более мелкие, более поздние вспышки рентгеновского света в другой части спектра.

Они, как понял Уилкинс, соответствовали отражениям, исходящим из-за черной дыры, их пути огибали массивный объект его невероятно сильным гравитационным полем, а их свет увеличивался. "В течение нескольких лет я строил теоретические предсказания того, как эти отголоски кажутся нам", - объяснил Уилкинс.  "

Я уже видел их в разрабатываемой мной теории, поэтому, как только я увидел их в телескопических наблюдениях, я смог выяснить связь".

Еще раз приятно подтвердить еще одно ключевое предсказание общей теории относительности, но это открытие интересно и по нескольким другим причинам.

Во-первых, действительно здорово узнать что-нибудь новое о черных дырах. Они такие хитрые космические чудовища - невидимые, а пространство вокруг них настолько экстремальное, что наблюдательные исследования довольно сложны.

Это также показатель того, как далеко мы продвинулись, что мы можем проводить такие детальные наблюдения как с помощью наших приборов, так и с помощью наших аналитических методов. Исследователи говорят, что наука о черных дырах будет только улучшаться с появлением телескопов нового поколения, готовых открыть им глаза на небо. "Картина, которую мы начинаем получать на основе данных в настоящий момент, станет намного более ясной с этими новыми обсерваториями", - сказал Уилкинс.