Астрономы обнаружили наименьшего кандидата в черные дыры

Международная команда астрономов, используя данные Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE), определила кандидата в самые маленькие из известных черных дыр. Доказательства следуют из определенного типа рентгенограммы, называемой "пульсация" или "сердцебиение" ("heartbeat"), за ее сходство с ЭКГ. Пока диаграмма была записана только для одной системы черной дыры.

Получившая название IGR J17091-3624, после определения ее положения на небе, двойная система объединяет нормальную звезду с черной дырой, которая может весить меньше, чем треть массы Солнца. То есть около теоретической границы масс, при которых становятся возможными черные дыры.

Газ из нормальной звезды перетекает к черной дыре и образует вокруг нее диск. Трение внутри диска нагревает газ до миллионов градусов, что является достаточным для испускания рентгеновские лучи. Циклические изменения интенсивности рентгеновских лучей, отражают процессы, происходящие внутри газового диска. Ученые считают, что наиболее быстрые изменения происходят вблизи горизонта событий черной дыры, за пределы которого ничто не может выйти, даже свет.

Астрономы впервые узнали о двойной системе после вспышки в 2003 году. Архивные данные из различных космических миссий показывают, что она становится активной каждые несколько лет. Последняя вспышка началась в феврале и продолжается до сих пор. Система расположена в направлении созвездия Скорпиона, но расстояние до нее точно не установлено. Это может быть так же близко, как 16 тысяч световых лет, или дальше 65000 световых лет от Земли.

Рекордсменом рентгеновской изменчивости является еще одна двойная система черной дыры GRS 1915+105. Эта система имеет более десятка высоко структурированных колебаний, продолжительностью от секунд до часов.

"Мы считаем, что большинство из них представляют собой циклы накопления и выброса в нестабильном диске, и теперь мы обнаружили семь таких же у IGR J17091", сказал Томазо Беллони (Tomaso Belloni) из обсерватории Брера в Мерате, Италия. "Выявление этих характеристик у второй системы черной дыры, является очень интересным".

В GRS 1915, сильные магнитные поля вблизи горизонта событий черной дыры, выбрасывают некоторое количество газа двумя противоположно направленными струями, со скоростью примерно равной 98 процентам скорости света. Пики биения соответствует появлению струй.

Изменения в рентгеновском спектре, наблюдавшихся RXTE в каждой пульсации, показывают, что внутренние области диска испускают излучение, достаточное, чтобы отбросить газ сильным ветром направленным наружу, который останавливает внутренний поток и формирование струй. Это соответствует наименьшему излучения. В конце концов, внутренний диск становится настолько ярким и горячим, что по существу разрушается и погружается в черную дыру, восстанавливая струи и начиная цикл заново. Весь этот процесс происходит всего за 40 секунд.

Несмотря на отсутствие прямых доказательств наличия у IGR J17091 струй, характер ее биений показывает, что там происходят аналогичные процессы. Исследователи говорят, что пульсация выбросов этой системы может быть в 20 раз слабее, чем у GRS 1915 и цикл длится всего пять секунд, то есть примерно в восемь раз быстрее.

Астрономы считают, что GRS 1915 примерно в 14 раз массивнее Солнца, что делает ее одной из самых тяжелых среди известных черных дыр, образовавшихся из-за коллапса  одиночной звезды. Группа исследователей проанализировала шесть месяцев наблюдений RXTE, сравнив две системы, и заключив, что IGR J17091 должна быть очень маленькой черной дырой.

"Так же, как сердечный ритм у мыши быстрее, чем у слона, пульсация этих черных дыр зависит от их массы", сказал Диего Альтамирано (Diego Altamirano), астрофизик из Университета Амстердама, Нидерланды, и ведущий автор статьи, опубликованной в выпуске Astrophysical Journal Letters 4 ноября.

Исследователи говорят, что этот анализ, только начало большой программы сравнения этих черных дыр с использованием данных RXTE, спутника NASA Swift и Европейской обсерватории XMM-Newton.

"До этого исследования, GRS 1915 был единственным, и мы понимали только то, что можно понять из одного примера", сказал Тод Строхмейер (Tod Strohmayer), ученый проекта RXTE в Центре космических полетов Годдарда NASA в Гринбелте, штат Мэриленд. "Сейчас, со второй системой, имеющей схожие типы изменчивости, мы действительно можем начать проверять, как хорошо мы понимаем то, что происходит на краю черной дыры".

Запущенный в конце 1995 года, RXTE занимает второе место после Хаббла по длительности, среди всех астрофизических миссий NASA. RXTE предоставляет уникальное окно для наблюдений нейтронных звезд и черных дыр.