Кольца над чёрной дырой экспресс
В центре галактики PDS 456 сияет квазар — чёрная дыра, пожирающая газ, который светится ярче сотен миллиардов звёзд. Рентгеновский телескоп XRISM всмотрелся в этот свет и увидел в нём частокол тёмных полос, похожих на тень от штакетника на закате. Каждая полоса — это облачко газа, которое заслонило часть излучения. Но полосы оказались сдвинуты в сторону высоких энергий, будто все облачка несутся к нам с огромной скоростью.
Обычно такой сдвиг объясняли ветром: чёрная дыра выдувает газ прочь, и он улетает, как дым из трубы. Но тогда облачка должны быть разбросаны далеко от дыры, а их скорости — почти одинаковыми. Наблюдения показали другое: пять групп полос с разными сдвигами, словно пять заборов, стоящих один за другим. Каждый следующий забор ближе к дыре и движется быстрее.
Авторы работы предложили простую картину: тонкие кольца газа лежат прямо над поверхностью аккреционного диска — того самого вращающегося блина, по которому вещество стекает в чёрную дыру. Кольцо на меньшем радиусе кружится быстрее, поэтому его свет сдвигается сильнее. Модель с пятью кольцами, расположенными от самого края устойчивой орбиты до расстояния в 15 раз больше гравитационного радиуса, точно воспроизвела весь узор полос.
Значит, рентгеновские «леса» линий — не случайный шум, а отпечаток структуры самого внутреннего края диска. Мы впервые можем разглядеть, как устроена поверхность этого диска там, где вещество уже почти падает в дыру. И это не просто красивая картинка: от того, как течёт газ в последние мгновения перед падением, зависит, сколько энергии успевает высветиться и как чёрная дыра влияет на всю галактику вокруг.
Гравитационный радиус чёрной дыры в PDS 456 — около 4,5 миллиона километров, это втрое больше диаметра Солнца. Кольца, о которых идёт речь, лежат на расстоянии от 1 до 15 таких радиусов, то есть в самой горячей и быстрой зоне диска.
В фильме «Интерстеллар» герои видят аккреционный диск чёрной дыры Гаргантюа с близкого расстояния — именно такие кольцевые структуры у его внутреннего края теперь можно изучать по реальным рентгеновским спектрам.