корона чёрной дыры

В центре почти каждой крупной галактики сидит сверхмассивная чёрная дыра. Она не просто пожирает падающий газ, но и выбрасывает часть его обратно мощными струями. Эти струи, словно гигантские поршни, толкают окружающий газ и нагревают его. Астрономы давно подозревали, что именно так чёрные дыры не дают галактикам остыть и превратиться в холодные звёздные фабрики.

В далёкой галактике Сигара действует необычный маяк. Его излучение рождается не в привычном оптическом диапазоне, а в рентгеновском — внутри раскалённой короны вокруг чёрной дыры, поглощающей вещество звезды-компаньона.

В центрах многих галактик скрываются исполинские чёрные дыры. Их окружает плотное облако раскалённой плазмы, которое испускает мощное рентгеновское свечение.

Май 2022 года. Космический поляриметр IXPE, спектроскоп NuSTAR и монитор NICER синхронно уставились в одну точку неба — на чёрную дыру в системе Лебедь X-1, где она обращается вокруг голубого сверхгиганта в тесной двойной системе с периодом 5.6 дней.

В сердце огромной галактики Гидры-А кипит работа. Сверхмассивная чёрная дыра выбрасывает две мощные струи плазмы — джеты. Они пробивают окружающее облако раскалённого газа и надувают в нём гигантские пузыри. Новый японский телескоп XRISM впервые позволил измерить, с какой скоростью этот газ дрожит и движется.

Активные ядра галактик (AGN) — главные космические электростанции: их рентгеновская корона в миллионы раз пышет жаром звёздных атмосфер. Но кто зажигает искру? Десятидневная рентгеновская кампания спутников XRISM и XMM-Newton, нацеленных на NGC 3783, дала ответ — это настоящие грозы.

Мощный прожектор то вспыхивает, то гаснет. Свет отражается от облаков вокруг, и по задержке отражённого сигнала можно понять, как далеко облака. Примерно так астрономы изучают горячую корону — раскалённое облако плазмы над чёрной дырой в центре активной галактики. Но есть загвоздка.

В астрофизике есть числа, которые кажутся случайными, но повторяются с упорством заклинания. Одно из них — отношение яркости рентгеновского излучения к свечению водородной линии H-альфа в турбулентных газовых хвостах. От галактических ветров до «медуз», рассекающих скопления, это соотношение стабильно держится около трёх.

Космические чёрные дыры в центрах галактик — словно громадные баньяновые деревья: их воздушные корни-нити тянутся на килопарсеки, чтобы добыть питательное вещество. Десятилетиями астрономы спорили: как охлаждающийся газ из атмосфер скоплений попадает в сферу влияния сверхмассивной дыры? И как при этом теряет угловой момент?

Сверхновая — это финальный взрыв массивной звезды, разбрасывающий вещество на световые годы вокруг. Внутри расширяющейся оболочки остаётся нейтронная звезда, а сама оболочка ещё тысячи лет несётся сквозь межзвёздный газ.

Вокруг нашей Галактики, словно невидимая корона, простирается разреженное облако газа, раскалённое до миллионов градусов. Его называют галактическим гало. Увидеть это свечение напрямую сложно — оно испускает мягкие рентгеновские лучи, которые поглощает земная атмосфера.

Фонарь светит сквозь густой туман. Свет рассеивается на каплях воды, и фонарь кажется размытым. Вокруг чёрной дыры происходит нечто похожее: горячий газ, как туман, окутывает её, а рентгеновские лучи из внутренних частей диска пробиваются сквозь это облако. Только «капли» здесь — электроны, а сам «туман» называют короной.

Гигантский котёл с кипящим супом простирается на миллионы световых лет. Это атмосфера скопления галактик Персея — облако раскалённого газа, удерживаемое гравитацией. До недавнего времени астрономы считали, что в центре этого котла газ спокойно остывает, готовясь превратиться в новые звёзды.

В центре далёкой галактики MCG-6-30-15 живёт сверхмассивная чёрная дыра. Вокруг неё крутится диск раскалённого газа, а над диском висит облако ещё более горячих частиц — корона. В феврале 2024 года три рентгеновских телескопа — XRISM, NuSTAR и XMM-Newton — смотрели на эту систему одновременно. Они ловили свет, отражённый от диска, и по нему следили за движениями короны.

В центре Млечного Пути, среди плотных облаков газа и пыли, есть область под названием Стрелец C. Она напоминает оживлённый перекрёсток: здесь рождаются звёзды, сталкиваются потоки вещества, и всё это подсвечивается рентгеновскими лучами. Долгое время это свечение оставалось загадкой.

В скоплении Наугольник, ближайшем к нам богатом скоплении галактик, астрономы заметили ударную волну. Она возникла, когда одно скопление врезалось в другое, как волна от носа корабля, рассекающего воду. Эта волна сжала и разогрела газ между галактиками. Две галактики оказались прямо за фронтом волны. У первой, ESO 137-001, газ срывается потоком, как листья с дерева на сильном ветру.

Чёрная дыра в системе GX 339-4 во время вспышки 2021 года вела себя как актриса, меняющая костюмы между сценами. В жёстком состоянии она надевала сразу две короны: горячую и разреженную, а поверх неё — тёплую и плотную. В мягком состоянии оставалась только горячая корона. Астрономы смотрели на дыру одновременно тремя рентгеновскими телескопами: NuSTAR, NICER и Insight-HXMT.

Вода в воронке уходит вниз не вся: часть её выплёскивается вверх узкими брызгами. Похоже ведёт себя газ возле чёрной дыры. Он падает, раскаляется, сталкивается сам с собой — и часть его выбрасывается обратно в космос двумя узкими струями, которые летят в противоположные стороны. Обычно такие струи объясняют магнитным полем, которое закручивает газ и выстреливает его вдоль оси вращения.

Поверхность Солнца кипит, как вода в кастрюле. Горячий газ поднимается, остывает и опускается — это конвекция. Вокруг бурлят магнитные поля, которые рвутся и снова соединяются. В этой суете рождаются спикулы — узкие струи плазмы, которые взлетают на тысячи километров вверх.

В холодном и тёмном облаке газа, где только начинает формироваться звезда, телескоп ALMA разглядел необычное кольцо. Оно состоит из газа, который теплее и плотнее окружающей среды. Раньше такие детали не удавалось увидеть, потому что газ в центре облака непрозрачен для обычных наблюдений.

Солнце время от времени выбрасывает в космос огромные облака плазмы — корональные выбросы массы. Внутри этих облаков часто запутаны протуберанцы — более холодные и плотные сгустки вещества. Именно они содержат много нейтральных атомов, которые ярко светятся в определённых линиях.

Ночью 2008 года в ядре далёкой галактики J1047+5907 что-то резко вспыхнуло в рентгеновском диапазоне. Так иногда ведут себя окрестности сверхмассивной чёрной дыры: раскалённое облако газа над ней вдруг выбрасывает мощный поток света. Сама чёрная дыра ничего не излучает, но её окружение может вспыхивать, как неоновая вывеска.

Астрономы семь раз зарегистрировали, как чёрная дыра разрывает пролетающую звезду. С помощью высокоточной рентгеновской фотометрии они выявили закономерность: более энергичное, жёсткое излучение всегда опережало мягкое на 500 секунд.

В центре скопления галактик RXCJ1558.3-1410 кипит невидимая жизнь. Горячий газ там остывает, но что-то не даёт ему сжаться и родить новые звёзды. Астрономы навели на это скопление радиотелескоп и увидели слабое свечение — мини-гало. Оно раскинулось вокруг самой яркой галактики, как туман над ночным городом.

В раскалённой плазме — газе из заряженных частиц — хаотичные электрические поля работают как своеобразное сито. Медленная частица окружает себя облаком частиц противоположного заряда — поляризационной «шубой», которая экранирует внешнее поле и не даёт ему воздействовать на частицу.

Новое исследование подтвердило: ударные волны в плазме, окружающей сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик, функционируют подобно океанским валам, разгоняя протоны до околосветовых скоростей.

В центре многих галактик скрывается чёрная дыра — объект, предсказанный в решениях уравнений Карла Шварцшильда. Вокруг неё простирается раскалённая корона — область разреженной плазмы, разогретой до миллиардов градусов.