Струмінь чорної діри дивує вчених «своєрідним» радіосигналом

Астрономи помітили загадкові зміни в струмені високомагнітної плазми, викинутої маленькою чорною дірою, яка насичується газом і пилом.  Ця особливість має форму періодичних змін у струмені, що відбуваються протягом часток секунди та були виявлені сферичним радіотелескопом із п’ятсот метровою апертурою (FAST) у Китаї.

Астрономи знають, що дивний мерехтливий об’єкт під назвою GRS 1915+105 складається зі звичайної зірки, яка обертається навколо зоряної чорної діри, чорної діри, яка народилася після смерті масивної зірки. Коли зірка обертається навколо чорної діри, частина її матеріалу засмоктується космічним монстром, якому не вдається проковтнути весь матеріал, а натомість прискорює частину його в струмінь, який, здається, виривається з його полюсів.

Команда, яка проводила спостереження, вважає, що виміряні зміни в енергії джета можуть бути пов’язані з тим, що обертання чорної діри не узгоджується з її акреційним диском, диском орбітальної матерії, якою вона ласує. Це може призвести до того, що струмінь коливається майже як космічна дзига. Коли струмінь спрямований убік, його енергія падає. Через частку секунди він повертається до нормального стану, коли система обертається назад. 

«Особливий сигнал має приблизний період 0,2 секунди або частоту близько 5 герц», — сказав Вей Ван, професор астрофізики в Уханьському університеті в Китаї та провідний автор дослідження. «Такий сигнал існує не завжди і з’являється лише за особливих фізичних умов. Нашій команді пощастило зловити сигнал двічі — у січні 2021 року та червні 2022 року відповідно».

GRS 1915+105 — це те, що дослідники називають мікроквазаром, зірковою версією квазара. Квазари — надзвичайно яскраві галактичні серця, які містять надмасивні чорні діри, які в мільйони або навіть мільярди разів більші за Сонце.

Ці космічні титани втягують навколишню матерію силою своєї величезної гравітації. Частина цієї матерії падає за горизонт подій чорної діри, точку неповернення, з-за якої не може вийти навіть світло. Проте деякий матеріал уникає цієї долі і натомість спрямовується до полюсів чорної діри, вилітаючи в космос у вигляді наденергетичних струменів. Це також відбувається в мікроквазарах, хоча і в набагато менших масштабах.

Офіційно названі квазіперіодичні коливання (QPO), зміни, які спостерігаються в GRS 1915+105, ніколи раніше не спостерігалися в радіохвилях від такої чорної діри. QPO корисні для розуміння фізики чорних дір та оточуючих їх систем, тому це спостереження за цим мінливим мікроквазаром, розташованим приблизно за 28 000 світлових років від Землі в напрямку сузір’я Орла, може пролити світло на звички харчування менших чорних дір.

Цей QPO, який можна побачити в радіохвилях, може бути першим доказом змін у струменях такого типу, але що саме викликає ці коливання, залишається загадкою. 

«У системах акреційних чорних дір рентгенівське випромінювання зазвичай досліджує акреційний диск навколо чорної діри, тоді як радіовипромінювання зазвичай досліджує струмінь, що випускається з диска та чорної діри», — Бін Чжан, астроном з Університету Невади та співавтор. дослідника, йдеться в повідомленні. «Докладний механізм індукування часової модуляції в релятивістському струмені не визначений, але один із можливих механізмів полягав би в тому, що струмінь лежить в основі прецесії, що означає, що напрямок струменя регулярно вказує в різних напрямках і повертається до початкового напрямку приблизно кожні 0,2 секунд.”

Цей ефект може бути спричинений розбіжністю між віссю обертання чорної діри та диском гарячого та яскравого газу та пилу навколо неї. Це може виникнути в результаті того факту, що коли чорна діра зоряної маси обертається, вона тягне за собою саму тканину простору-часу — ефект, який називається «Ленза-Тіррінг» просто перетягування кадру. 

«Однак існують інші можливості, і подальші спостереження за цим та іншими галактичними мікроквазарами дадуть більше підказок для розуміння цих таємничих сигналів QPO», — сказав Чжан. Дослідження команди було опубліковано у випуску журналу Nature за 26 липня.