Странное сердцебиение гамма-лучей озадачило ученых

Незаметное облако в созвездии Орла бьется в ритме прецессирующей соседней черной дыры, что указывает на связь между двумя объектами, как показала команда под руководством научного сотрудника DESY Humboldt Цзянь Ли и профессора ICREA Диего Ф. Торреса из Института космических наук (IEEC-CSIC). Остается загадкой, каким образом черная дыра обеспечивает сердцебиение облака гамма-излучения на расстоянии около 100 световых лет.

Исследовательская группа, в которую вошли ученые из Германии, Испании, Китая и США, тщательно проанализировала данные за более чем 10-летний период, полученные с космического гамма-телескопа Fermi, за так называемым микроквазаром. Система, внесенная в каталог как SS 433, расположена примерно в 15 000 световых лет от нас в Млечном Пути 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.

«Материал накапливается в аккреционном диске перед тем, как упасть в черную дыру, как вода в водовороте над сливом ванны», - объясняет Ли. «Однако часть этого вещества не падает в канализацию, а выстреливает на высокой скорости двумя узкими джетами в противоположных направлениях выше и ниже вращающегося аккреционного диска». Такая обстановка известна по активным галактикам, квазарам, с чудовищными черными дырами с миллионами солнечных масс в центре, которые выбрасывают в космос джеты на десятки тысяч световых лет. Поскольку SS 433 выглядит как уменьшенная версия этих квазаров, его окрестили микроквазаром.

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», - говорит Торрес. «Как следствие, два джета по спирали уходят в окружающее пространство, а не просто образуют прямую линию».

Прецессия джетов черной дыры длится около 162 суток. Тщательный анализ выявил гамма-сигнал с таким же периодом из положения, расположенного относительно далеко от джетов микроквазара, которое ученые обозначили как Fermi J1913 + 0515. Он расположен на месте ничем не примечательного газового усиления. Последовательные периоды указывают на то, что излучение газового облака происходит от микроквазара.

«Обнаружение такой недвусмысленной связи по времени, примерно в 100 световых годах от микроквазара, даже не вдоль направления джетов, столь же неожиданно, как и удивительно», - говорит Ли. «Но как черная дыра может приводить в действие сердцебиение газового облака, нам неясно». Прямое периодическое освещение джетом маловероятно. Альтернатива, которую исследовала команда, основана на ударе быстрых протонов (ядер атомов водорода), образующихся на концах джетов или около черной дыры, и попадающих в облако, где эти субатомные частицы смешиваются с газом и производят гамма-излучение. Протоны также могут быть частью оттока быстрых частиц от края аккреционного диска. Когда этот поток попадает в газовое облако, оно загорается гамма-лучами, что объясняет его странное сердцебиение. «Энергетически отток от диска может быть таким же мощным, как джет, и считается, что он прецессирует в силу единства с остальной частью системы», - объясняет Торрес.

Дальнейшие наблюдения, а также теоретическая работа необходимы, чтобы полностью объяснить странную пульсацию этой уникальной системы в гамма-лучах после этого первоначального открытия. «SS 433 продолжает удивлять на всех частотах наблюдателей и ??теоретиков», - подчеркивает Ли. «И он определенно станет испытательной площадкой для наших идей о производстве и распространении космических лучей около микроквазаров на долгие годы».