Микроквазар: астрономы открывают новые удивительные особенности

Исследование международной группы астрономов позволило обнаружить невиданное ранее космическое явление. Речь идет о пульсациях, излучаемых черной дырой галактического микроквазара GRS 1915+105. С помощью китайского телескопа Sky Eye FAST они обнаружили слабые повторяющиеся радиоимпульсы с периодом (интервалом) около 0,2 секунды. Это открытие может углубить наши представления о черных дырах, пролив свет на происхождение и динамические процессы релятивистских радиопульсаций.

Чрезвычайно плотные черные дыры являются интереснейшими объектами исследования, которые бросают вызов нашим современным представлениям о физике. Возникающее при этом искривление пространства-времени, поглощение света и выброс струй частиц с релятивистскими скоростями (близкими к скорости света) ставят множество вопросов об их образовании, поведении и влиянии на эволюцию Вселенной.

В связи с этим международная группа исследователей недавно провела углубленное изучение конкретного микроквазара GRS 1915+105 с помощью китайского телескопа Sky Eye FAST. В результате наблюдений было обнаружено до сих пор не изученное явление - пульсации, излучаемые черной дырой в этой системе. Наблюдаемое явление, подробно описанное в журнале Nature, является первым в области астрофизики.

Микроквазары: грозные природные лаборатории

Микроквазары - это бинарные звездные системы, т.е. состоящие из двух звезд, вращающихся друг вокруг друга. Точнее, эти системы состоят из нейтронной звезды или черной дыры и обычной звезды. Именно такая конфигурация микроквазаров делает их идеальными экспериментальными объектами для изучения сильных гравитационных полей и релятивистской физики - двух ключевых областей для понимания экстремальных космических явлений.

В таких системах движение обычной звезды приводит к потере ею вещества, которое притягивается черной дырой или нейтронной звездой. Это вещество образует аккреционный диск вокруг компактного объекта. Из-за трения и сильной гравитации этот диск достигает очень высоких температур. Именно этот аккреционный диск является источником струй энергичных частиц, известных как релятивистские струи, которые выбрасываются со скоростями, близкими к скорости света.

Эти струи, как и сам аккреционный диск, испускают рентгеновское и радиоизлучение. Это излучение может наблюдаться с Земли и меняется периодически или в течение длительного времени. Эти вариации являются ценным источником информации о процессах, происходящих в микроквазаре.

Неповторимый микроквазар

GRS 1915+105 - микроквазар, отличающийся наличием быстро вращающейся черной дыры. Эта система была открыта около трех десятилетий назад и с тех пор стала объектом многочисленных наблюдений и исследований. Одной из наиболее примечательных особенностей этой черной дыры является богатство ее рентгеновских фотоэлектрических сигнатур.

Эти сигнатуры представляют собой вариации интенсивности рентгеновского излучения, испускаемого аккреционным диском, которые могут дать нам представление о физических процессах, протекающих в системе. GRS 1915+105 также известна своими периодически возникающими радиоструями, однако их точная динамика и происхождение пока мало изучены.

Выявление пульсаций черных дыр

Для того чтобы лучше понять эти явления, международная исследовательская группа решила использовать для наблюдения GRS 1915+105 китайский телескоп Sky Eye FAST. Благодаря высокой чувствительности и возможности проведения наблюдений с высоким временным разрешением телескоп позволил исследователям с беспрецедентной точностью наблюдать вариации света и поляризации этого микроквазара.

Они обнаружили, что черная дыра GRS 1915+105 излучает слабые радиоимпульсы. Вей Ванг, профессор китайского университета Ухань, возглавлявший группу, поясняет в пресс-релизе: "Период этого сигнала составляет примерно 0,2 секунды, или частота около 5 Герц. Такой сигнал появляется только при определенных физических условиях. Нашей команде посчастливилось обнаружить этот сигнал дважды - в январе 2021 года и в июне 2022 года".

Это открытие стало первым международным наблюдением так называемых низкочастотных периодических радиоквазиколебаний в микроквазарах. Это вариации интенсивности излучения, испускаемого объектом, которые происходят через квазирегулярные интервалы времени. Их наблюдение в микроквазарах открывает новые перспективы для изучения этих систем и их черных дыр.

Последствия открытия

Данное исследование позволяет ученым лучше понять, как формируются эти струи и как они эволюционируют. Это может помочь объяснить, почему эти струи иногда излучаются прерывисто или почему их интенсивность может быстро меняться.

Кроме того, это открытие открывает новые перспективы для радионаблюдений за черными дырами и микроквазарами. Радиоимпульсы с их квазирегулярной периодичностью могут служить новыми маркерами для изучения этих объектов. Они также помогут уточнить теоретические модели черных дыр и проверить предсказания общей теории относительности в экстремальных условиях.