Ученых озадачила странная пульсация в Млечном Пути

Астрономы обнаружили загадочное сердцебиение гамма-излучения, исходящее от облака космического газа. Незаметное облако в созвездии Орла бьется в ритме прецессирующей соседней черной дыры, что указывает на связь между двумя объектами, сообщается в журнале Nature Astronomy. Остается загадкой, каким образом черная дыра влияет на пульсацию облака в гамма-диапазоне, будучи удаленной от него на 100 световых лет.

Исследовательская группа, в которую вошли ученые из Германии, Испании, Китая и США, тщательно проанализировала данные за более чем десятилетний период, полученные с космического гамма-телескопа NASA «Fermi» и посвященные исследованию так называемого микроквазара. Система, известная как SS 433, расположена примерно в Млечном Пути в 15 000 световых лет от Земли и состоит из гигантской звезды, масса которой примерно в 30 раз превышает массу Солнца, и черной дыры с массой от 10 до 20 солнечных. Два объекта вращаются вокруг друг друга с периодом 13 дней, пока черная дыра высасывает вещество из гигантской звезды.

«Звездный материал накапливается в аккреционном диске перед тем, как упасть в черную дыру, как вода в водовороте над сливом ванны. Однако часть этого вещества не падает в канализацию, а выстреливает на высокой скорости двумя узкими струями в противоположных направлениях выше и ниже вращающегося диска», – объясняет ведущий автор исследования Цзянь Ли, научный сотрудник DESY (Германия).

Поглощение звезды черной дырой в представлении художника. Credit: ESO/L. Calçada

Описанная ситуация знакома по квазарам, активным галактикам с чудовищными центральными черными дырами массой в миллионы солнечных, которые выбрасывают в космос струи на десятки тысяч световых лет. Поскольку система SS 433 выглядит как уменьшенная версия этих квазаров, ее окрестили микроквазаром. Как и в случае с далекими галактиками, в системе SS 433 высокоскоростные частицы и сверхсильные магнитные поля в джетах производят рентгеновское и гамма-излучение.

«Аккреционный диск не лежит точно в плоскости орбиты двух объектов. Он прецессирует или качается, как волчок, установленный под наклоном на столе. Как следствие, две струи по спирали уходят в окружающее пространство, а не просто образуют прямую линию», – говорит соавтор исследования Диего Торрес, профессор Института космических наук (IEEC-CSIC, Испания).

Прецессия джетов черной дыры длится около 162 суток. Тщательный анализ выявил гамма-сигнал с таким же периодом из непримечательного газового уплотнения Fermi J1913 + 0515, относительно удаленного от струй микроквазара.

Микроквазар SS 433 (на заднем плане) колеблется с периодом 162 дня. Незаметное газовое облако Fermi J1913 + 0515 (на переднем плане) на расстоянии около 100 световых лет пульсирует с тем же ритмом в гамма-лучах, что указывает на прямую связь. Но как именно микроквазар управляет этим «сердцебиением» газового облака, все еще остается загадкой. Credit: DESY, Science Communication Lab

«Обнаружение такой недвусмысленной связи по времени, примерно в 100 световых годах от микроквазара, даже не вдоль направления джетов, столь же неожиданно, как и удивительно. Но как черная дыра может приводить в действие сердцебиение газового облака, пока неясно», – сообщает Цзянь Ли.

Прямое периодическое освещение газа струей маловероятно. Альтернатива, которую исследовала команда, основана на ударе быстрых протонов (ядер атомов водорода), образующихся на концах струй или около черной дыры, и направляемых в облако, где эти субатомные частицы попадают в газ и производят гамма-излучение. Протоны также могут быть частью оттока быстрых частиц от края аккреционного диска. Всякий раз, когда этот поток попадает в облако газа, оно загорается гамма-лучами, что объясняет его странное сердцебиение.

Астрономы отмечают, что потребуются дальнейшие наблюдения, а также теоретическая работа, чтобы полностью необычныю гамма-пульсацию этой уникальной системы.

«SS 433 продолжает удивлять наблюдателей и теоретиков на всех частотах электромагнитного спектра. Эта система на долгие годы станет испытательной площадкой для наших идей о возникновении и распространении космических лучей вокруг микроквазаров», – заключили авторы исследования.