Линейка для невидимого диска ✛

Оригинал: "Accretion Disk Sizes and Temperature Profiles in Lensed Quasars: NIR Microlensing Challenges Thin Disk Theory"
· V. Motta, E. Mediavilla
arXiv:2608.26039v1 · 2026-08-26 · CC BY 4.0 · 2 мин
Астрономы измерили светящийся диск вокруг далёкой чёрной дыры и нашли, что он втрое больше, чем положено по теории.

Линейку к невидимому диску прикладывают не вплотную, а через всю Вселенную. Свет далёкого квазара — раскалённого газа, кружащего вокруг сверхмассивной чёрной дыры, — по пути к нам проходит сквозь галактику-линзу. Гравитация звёзд в этой галактике изгибает лучи, как неровное стекло, и на снимках квазар раздваивается, а его яркость слегка дрожит. По этой дрожи астрономы восстанавливают размеры источника, который иначе не разглядеть даже в самый мощный телескоп: диск квазара занимает на небе угол меньше миллионной доли секунды.

Такой приём — гравитационное микролинзирование — не нов. Но раньше им мерили только самые внутренние, горячие области диска, до пяти световых дней от чёрной дыры. Дальше сигнал терялся в шуме. Группа астрономов под руководством Мотты и Медиавильи взяла данные космического телескопа «Хаббл» для семи линзированных квазаров — 21 пара изображений — и впервые дотянулась до 14 световых дней. Ключом стали узкие эмиссионные линии в спектрах, например линия кислорода на 5007 ангстрем. Эти линии рождаются далеко от диска, в медленных облаках газа, и микролинзирование их почти не трогает. Сравнивая, как усиливается яркость непрерывного свечения диска и как — этих стабильных линий, можно вычислить, насколько велик сам диск.

Световой день — расстояние, которое свет проходит за сутки, около 26 миллиардов километров. Диск радиусом 13 световых дней протянулся бы от Солнца далеко за орбиту Нептуна.

Результат озадачил. Диск оказался втрое больше, чем предсказывает стандартная модель тонкого диска — та самая, где газ кружится, как вода в воронке, и постепенно отдаёт тепло трением. Более того, зависимость размера от длины волны пошла не так: вместо крутого роста, ожидаемого от простого нагрева, диск расширяется медленнее. Теоретическое значение показателя 4/3 отвергается с достоверностью 98%, а измеренное — 0.68. Это значит, что температура падает с расстоянием не так быстро, как считалось.

Раньше расхождение списывали на внутренние области, где бушуют ветры и излучение. Теперь ясно: аномалия тянется вдвое дальше, и объяснить её локальными эффектами трудно.

Если линейка показала не тот размер, придётся пересматривать чертёж. Модель тонкого диска, служившая верой и правдой полвека, не описывает внешние части. Возможно, диск толще, чем мы думали, или в нём работают магнитные поля, о которых стандартная модель молчит. Для астрономов это не просто поправка к формуле: размер диска используют для взвешивания чёрных дыр, а значит, наши оценки масс самых тяжёлых объектов во Вселенной могут сдвинуться. Телескоп «Джеймс Уэбб» с его инфракрасным зрением позволит промерить ещё более далёкие окраины дисков и, быть может, наконец понять, как вещество падает в бездну.

Размер диска в 13 световых дней означает, что свет от его дальней стороны идёт до нас на 13 дней дольше, чем от ближней. Если бы такой диск поместить в Солнечную систему, его край оказался бы далеко за орбитой Нептуна.

r_s(\lambda) \propto \lambda^p
Характерный радиус диска растёт с длиной волны излучения как степенная функция с показателем p.
T(r) \propto r^{-1/p}
Температура диска падает с радиусом по степенному закону, показатель которого обратен p.
Учёные
Fritz ZwickyMargaret BurbidgeMaarten SchmidtRoger PenroseBohdan Paczyński
Понятия
микроквазар широкие эмиссионные линии пробел масс чёрных дыр аккреционный диск реверберация железной K-альфа линии