Рентгеновское эхо рассказало о недавней трапезе Стрельца А*

Рентгеновская флуоресценция газа вблизи черной дыры
Фото: NASA

Используя рентгеновскую обсерваторию «Чандра» группа астрофизиков доказала то, что сверхмассивная черная дыра в центре нашей Галактики недавно поглотила две крупные порции вещества. В пользу этого предположения говорит световое эхо, отраженное от облаков газа излучение. Подробности приводит официальный сайт NASA со ссылкой на публикацию ученых в журнале Astronomy and Astrophysics.

Международный коллектив, в состав которого вошли сотрудники научных центров из Германии, США и Франции, проанализировал ряд рентгеновских изображений объекта Стрелец А* (произносится как «звезда Стрелец А») с 1999 по 2011 год. По современным представлениям, звезда Стрелец А является вовсе не звездой, а сверхмассивной, в 4,3 миллиона раз тяжелее Солнца, черной дырой. Этот объект активно исследуется разными группами ученых по всему миру, поэтому в распоряжении авторов новой публикации оказались достаточно качественные данные за довольно продолжительное время.

Исследователи обратили особое внимание на слабые источники излучения по соседству с черной дырой. Их яркость все время менялась, увеличиваясь иногда в десять раз и затем уменьшаясь до первоначального значения. Астрофизики знали, что эти вспышки возникают в результате рентгеновской флуоресценции облаков газа, но соседние облака вели себя несколько иначе: их яркость менялась не столь быстро на протяжении всего периода наблюдений.

Рентгеновской флуоресценцией называют явление, которое имеет много общего с обычной, оптической флуоресценцией: сначала квант излучения поглощается атомами, а затем часть его энергии уходит вместе с испущенным квантом в виде излучения меньшей энергии. Разница между рентгеновской и обычной флуоресценцией состоит в том, что рентгеновские фотоны не переводят электрон на верхний энергетический уровень, но выбивают его из атома, причем речь идет не о внешних, а о внутренних оболочках. Поскольку вакантное место на нижних энергетических уровнях пустовать не может, туда переходит сверху один из «верхних» электронов и при этом атом отдает энергию в виде рентгеновского кванта.

Для рентгеновской флуоресценции требуется обучать атомы чем-то еще, причем в случае со Стрельцом А* астрономы имели дело не с непрерывным, а импульсным источником. Ученые рассмотрели версию с магнетаром (недавно найденным в центре Галактики), но она не объясняла яркости наблюдаемых вспышек. Оценки указывали, что «Чандра» сфотографировал следы события, которое сопровождалось выделением как минимум 1032 джоулей за одну секунду, что намного больше мощности магнетаров. Кроме того, анализ последовательности вспышек заставил прийти к выводу о том, что вспышек было как минимум две, а это лучше согласовывалось с другой версией.

Астрофизики считают, что наиболее убедительным объяснением является падение крупных порций вещества в черную дыру. Падающее вещество закручивается в диск, где сжимается и разогревается настолько, что начинает светиться. Ранее проведенные оценки показали, что именно падение вещества в черные дыры является самым эффективным способом превращения массы покоя в энергию излучения: более сорока процентов против долей процента в случае термоядерных реакций. По новым оценкам, в черную дыру могли упасть два массивных объекта на протяжении нескольких последних столетий, однако говорить однозначно о природе этого вещества ученые не берутся. Они пишут, что это могла быть планета, часть разорванной приливными силами звезды или просто газовые облака, окружающие черную дыру.

Наблюдения за черными дырами ведутся в первую очередь в рентгеновском и радиодиапазонах, так как именно в этих участках спектра лучше всего заметны процессы поглощения вещества. Звезда Стрелец А* изначально была внесена в каталоги именно в роли радиоисточника.