Рентгеновская метель вокруг чёрной дыры экспресс
Рентгеновский телескоп XRISM 170 тысяч секунд смотрел на ядро галактики Лебедь А — одного из самых мощных радиоисточников на небе. В его центре прячется сверхмассивная чёрная дыра, которая засасывает вещество и разогревает его до свечения в рентгене. Прибор уловил свет от атомов железа, потерявших электроны. Эта линия на энергии 6,4 кэВ работает как маяк: по её уширению можно понять, с какой скоростью вращается газ.
Вместо одного маяка телескоп увидел два. Первый, широкий, размыт движением в 3400 км/с — будто автомобиль на кольцевой развязке проносится мимо, и звук его мотора меняет тон. Этот газ крутится на расстоянии всего 0,1–0,17 парсека от дыры (800–1400 гравитационных радиусов, где гравитация уже диктует свои законы). Второй маяк, узкий, дрожит на скорости 440 км/с — как машина на дальнем круге развязки, в 6–10 парсеках. Там, скорее всего, расположен пылевой тор — толстое кольцо из газа и пыли, опоясывающее дыру.
Учёные заметили странность: край поглощения железа смещён в красную сторону по сравнению с линиями излучения. Это означает, что вещество на луче зрения движется к нам со скоростью 470 км/с. Возможно, это встречный ветер из падающего газа или разница в движении ближней и дальней частей вращающегося тора. Третий, едва заметный сигнал от ионов железа без заметного движения (скорость менее 80 км/с) приходит либо с внешней кромки тора, либо из области узких линий — ещё одного газового облака подальше от центра.
Так рентгеновский спектрограф с беспрецедентной чёткостью нарисовал карту окрестностей чёрной дыры, где вещество закручивается в спираль перед последним рывком в неизвестность.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2605.16766
We detail the spectral analysis of a 170 ks XRISM Resolve observation of the core of Cygnus A. The high spectral resolution of Resolve have enabled us to probe the inner accretion region of Cygnus A by analyzing the 6.4 keV Fe K$$\alpha$$ line complex. We find that it consists of two Keplerian broadened components. (1) A broad component with a velocity dispersion of $$3400^{+800}_{-600}$$ km s$$^{-1}$$ and (2) a narrow component of $$440^{+60}_{-50}$$ km s$$^{-1}$$. For an inclination of $$50^{\circ}-85^{\circ}$$, constrained by VLBI, we find that the broad component arises from a distance of $$\sim 0.1-0.17$$ pc ($$800-1400$$ gravitational radii) and the narrow component from $$\sim 6-10$$ pc ($$50,000-80,000$$ gravitational radii) from the central black hole depending on the inclination angle. Our result suggests that the origin of the broad component is consistent with the broad line region and the narrow component from the torus of Cygnus A. We also find a potential emission line possibly from intermediate ionized Fe XVII with a very low dispersion ($$<80$$ km s$$^{-1}$$) that originates from either the outer edge of the torus or the narrow line region. Finally, we find that the Fe K edge is redshifted compared to the Fe K$$\alpha$$ line components, suggesting a line of sight bulk velocity of $$470 \pm 100$$ km s$$^{-1}$$. Such a shift may be due to an inflowing wind or relative motion between the two components originating from the near and far side of an inflowing torus, respectively.
Если бы наша планета двигалась со скоростью 3400 км/с, она облетела бы вокруг Земли за 12 секунд.
В романе «Тау Ноль» Пола Андерсона звездолёт разгоняется так, что внешняя Вселенная синеет и краснеет от доплеровского смещения — похожий эффект помогает астрономам измерять скорости газа вокруг чёрных дыр.