V404 Cygni: огромные кольца вокруг черной дыры

Черная дыра является частью двойной системы V404 Cygni, расположенной примерно в 7 800 световых годах от Земли. Черная дыра активно оттягивает материал от звезды-компаньона, массой примерно в половину массы Солнца, в диск вокруг невидимого объекта. Этот материал светится в рентгеновских лучах, поэтому астрономы называют эти системы «рентгеновскими двойными звездами».

5 июня 2015 года Свифт обнаружил вспышку рентгеновских лучей от V404 Cygni. Взрыв создал высокоэнергетические кольца из-за светового эха. Вместо звуковых волн, отражающихся от стен каньона, световое эхо вокруг V404 Cygni возникло, когда вспышка рентгеновских лучей из системы черной дыры отразилась от пылевых облаков между V404 Cygni и Землей. Космическая пыль не похожа на бытовую, скорее на дым и состоит из крошечных твердых частиц.

На этом составном изображении рентгеновские лучи от Чандры (голубой) были объединены с оптическими данными телескопа Pan-STARRS на Гавайях, которые показывают звезды в поле зрения. Изображение содержит восемь отдельных концентрических колец. Каждое кольцо создано из рентгеновских лучей от вспышек V404 Cygni, наблюдавшихся в 2015 году, которые отражаются от различных пылевых облаков. (Иллюстрация художника объясняет, как были созданы кольца, которые видели Чандра и Свифт. Чтобы упростить графику, на иллюстрации показано только четыре кольца вместо восьми.)

Группа исследователей под руководством Себастьяна Хайнца из Висконсинского университета в Мэдисоне проанализировала 50 наблюдений системы Свифт, сделанных в 2015 году в период с 30 июня по 25 августа, и наблюдения Чандры, сделанные 11 и 25 июля 2015 года. Это было такое яркое событие, что операторы Чандры намеренно поместили V404 Cygni между детекторами, чтобы еще одна яркая вспышка не повредила прибор.

Кольца рассказывают астрономам не только о поведении черной дыры, но и о ландшафте между V404 Cygni и Землей. Например, диаметр колец в рентгеновских лучах показывает расстояние до промежуточных пылевых облаков, от которых рикошетит свет. Если облако находится ближе к Земле, кольцо кажется больше, и наоборот. Световые эхо выглядят как узкие, а не широкие кольца или ореолы, потому что вспышка рентгеновского излучения длилась относительно короткий период времени.

Исследователи также использовали кольца, чтобы исследовать свойства самих пылевых облаков. Они сравнили рентгеновские спектры, то есть яркость рентгеновских лучей в диапазоне длин волн, с компьютерными моделями пыли различного состава. Различный состав пыли приведет к различному количеству поглощаемых рентгеновских лучей с более низкой энергией и не позволит обнаружить их с помощью Chandra. Это аналогично тому, как разные части нашего тела или багажа поглощают разное количество рентгеновских лучей, что дает информацию об их структуре и составе.

Команда определила, что пыль, скорее всего, содержит смесь зерен графита и силиката. Кроме того, анализируя внутренние кольца с помощью Чандры, они обнаружили, что плотность пылевых облаков не одинакова во всех направлениях. Предыдущие исследования предполагали, что это не так.

Этот результат связан с аналогичным открытием рентгеновской двойной системы Circinus X-1, которая содержит нейтронную звезду, а не черную дыру, опубликованной в статье в выпуске Astrophysical Journal от 20 июня 2015 года.