Астрономы услышали, как бьется сердце космоса

Астрофизики получили интересную рентгенограмму, которая очень похожа… на ЭКГ человеческого сердца. Она отражает процесс испускания рентгеновских лучей двойной системой IGR J17091 в созвездии Скорпиона, состоящей из звезды и черной дыры. Причем последняя, судя по всему, является самой маленькой из всех, что обнаружены на данный момент.

Если говорить уж совсем корректно, то это даже не черная дыра, а так, черная дырочка. Ведь ее масса, по расчетам, не превышает трех масс нашего Солнца. Согласно всей информации о черных дырах, которая доступна астрофизикам, это практически нижний предел массы для черной дыры (само собой, если речь идет о тех дырах, которые образовались из коллапсировавших звезд, а не о первичных дырах, возникших на заре формирования Вселенной, те и еще меньше быть могут).

Эта черная "крошка" находится в двойной системе IGR J17091, которая расположена в созвездии Скорпиона. Интересно, что точное расстояние от нас до нее до сих пор неизвестно — она может находиться как в 16 тысячах, так и в 65 тысячах световых лет от Земли. Ее соседкой по системе является обычная звезда спектрального класса G, похожая на наше Солнце по характеристикам, однако побольше его. Собственно говоря, если бы не наличие рядом "звездной соседки", астрофизикам вряд ли вообще удалось бы обнаружить эту систему.

В первый раз ее удалось засечь в 2003 году во время вспышки рентгеновского излучения. А произошла эта вспышка из-за того, что черная дыра воровала у звезды вещество (ну что тут поделать, все черные дыры из-за своего строения имеют такие "криминальные" наклонности). Ученые предположили, что происходило это так: газ из звезды начал утекать по направлению к черной дыре и в конце концов сформировал вокруг нее аккреционный диск (напомню, что аккрецией называется процесс падения вещества на космическое тело из окружающего пространства). Однако трение внутри этого диска постепенно нагрело и без того не слишком-то холодный газ до нескольких миллионов градусов. А при такой температуре он, естественно, начинает испускать рентгеновское излучение, после которого диск на время охлаждается. Через некоторое время диск под действием трения снова нагревается и все повторяется вновь.

Астрофизики уверены, что весь этот цикл происходит вблизи так называемого горизонта событий черной дыры (то есть некоей области, находясь под которой, любой объект будет двигаться лишь внутрь дыры без всякой возможности вернуться обратно). Интересно, что, если судить по рентгенограмме, пульсация такого излучения весьма похожа на биение сердца — рентгенограмму сложно отличить от обычного… ЭКГ! Поэтому между собой данный тип излучения астрофизики называют "сердцебиением системы".

И вот недавно с помощью данных американской орбитальной рентгеновской обсерватории RXTE международная группа астрономов вновь уловила уже знакомое "биение сердца" из области IGR J17091 (напомню, что началась эта вспышка в феврале нынешнего года и продолжается до сих пор). Собственно говоря, тогда, в 2003 году, именно из-за этого рентгеновского излучения данную систему и удалось обнаружить — больше никакими способами засечь ее невозможно. Именно поэтому до сих пор нет точных данных о расстоянии от нее до нас, а также подробной информации о звезде, которую черная дыра беззастенчиво обкрадывает, ведь всего лишь второй раз IGR J17091 "вышла на связь".

Хотя подобное "космическое ЭКГ" далеко не единственное из тех, которые удалось обнаружить астрофизикам. Например, своеобразным "чемпионом" по испусканию подобных излучений считается двойная система GRS 1915+105 (обнаруженная в 1994 году российским аппаратом "Гранат"), расположенная в созвездии Орла, которую еще иногда называют миниквазаром (квазарами называют далекие ядра галактик, испускающих мощное излучение). Так вот, подобные пульсации данной системы могут укладываться в периоды от нескольких секунд до нескольких часов.

Черная дыра в этой системе, правда, огромная — ее масса составляет около 14 масс нашего светила. Она считается одной из самых крупных черных дыр звездного типа (то есть тут масса, наоборот, близка к верхнему пределу). Да и механизм образования пульсирующего рентгеновского излучения, судя по всему, немножко другой.

Было установлено, что в GRS 1915+105 имеются сильные магнитные поля вблизи горизонта событий черной дыры. Дальнейшие наблюдения показали, что эти поля время от времени выбрасывают часть газа двумя противоположно направленными струями примерно с 98-процентной скоростью света, то есть, говоря языком астрофизики, формируют джеты (джет — это струя материи, выбрасываемой дырой, мчащаяся с околосветовой скоростью). Получается, что пик на "космическом ЭКГ" данной системы соответствует как раз моменту выброса.

Далее ученые заметили (по изменению рентгеновского спектра), что внутренние области аккреционного диска испускают очень сильное излучение (то есть он охлаждается). Оно как бы "оттесняет" вырывающийся из диска газ, создавая весьма мощный ветер, направленный наружу. Этот ветер, в свою очередь, препятствует поглощению дырой газа (как бы временно сажая ее "на диету"). В итоге пропадает и джет (ведь если нет поглощения, то нет и выброса). Данный момент обозначается на рентгенограмме "космического ЭКГ".

После же внутренний диск вновь нагревается, газ снова устремляется к дыре, опять образуется джет, и все повторяется сначала. Было подсчитано, что весь цикл в GRS 1915+105 занимает всего 40 секунд. А вот "сердце" его маленького "близнеца", IGR J17091, бьется куда быстрее — по мнению астрофизиков, там цикл укладывается в пять секунд. Просто большую часть времени этот цикл невозможно заметить, поскольку его излучение очень слабое (фиксировались лишь наиболее крупные вспышки). "Сердце мыши бьется быстрее, чем сердце слона", — пошутил по этому поводу ведущий автор исследований профессор Диего Альтамирано из Амстердамского университета (Нидерланды).

Тем не менее, ученые считают, что звездная "мышь" должна быть весьма похожа на "слона" и цикл в этой системе должен идти в принципе так же, как и в GRS 1915+105. Правда, до сих пор не удалось зафиксировать образование джетов, однако они, скорее всего, имеют место быть. Просто их сложно засечь — во-первых, из-за того, что цикл быстрее, а во-вторых, потому, что если принять во внимание разницу масс обоих черных дыр, то выбросы в IGR J17091 должны быть в 20-25 раз слабее.

Все исследователи, наблюдавшие это "космическое ЭКГ", подчеркивают, что работа еще только начинается. Они ждут данных от спутника НАСА Swift и европейской обсерватории XMM-Newton. Они помогут астрофизикам еще лучше понять процессы, происходящие в этой загадочной системе, которые заставляют "биться ее сердце" так сильно, что его "слышно" аж на другом конце космоса…

Антон Евсеев