Астрономи са заснели черна дупка, изхвърляща горещ материал в космоса със скорост, близка до скоростта на светлината. От Земята изглежда, че скоростта на струята, която идва към нас е по-висока от скоростта на светлината.

Тази експлозия е уловена на видео от рентгеновата обсерватория "Чандра" на НАСА.

Черната дупка и придружаващата я звезда съставляват система, наречена MAXI J1820+070, разположена в нашата галактика на около 10 000 светлинни години от Земята. Черната дупка в MAXI J1820+070 има маса около 8 пъти по-голяма от тази на Слънцето, което я определя като т. нар. "черна дупка със звездна маса", образувана при унищожаването на масивна звезда. (различна от свръхмасивните черни дупки, които имат маса милиони или милиарди пъти повече от масата на Слънцето)

Звездата придружителка, обикаляща около черната дупка, има около половината от масата на Слънцето. Силната гравитация на черната дупка издърпва материал от близката звезда, събирайки го в излъчващ рентгенови лъчи диск, заобикалящ черната дупка.

Част от горещия газ в диска пресича "хоризонта на събитията" (точката, от която няма връщане) и ще попадне в черната дупка, част от него обаче експлозивно се изхвърля от черната дупка в двойка тънки снопа материал, или джетове. Тези струи са насочени в противоположни посоки, изстреляни извън хоризонта на събитията по линиите на магнитното поле.

Новите кадри за поведението на тази черна дупка се основават на четири наблюдения, получени с "Чандра" през ноември 2018 г. и февруари, май и юни 2019 г. и докладвани в статия с водещ автор Матилд Еспинас (Mathilde Espinasse) от Университета в Париж. Предпринтът на работата е публикуван в arXiv.org и накратко е описан на сайта на обсерваторията.

^{Кредит: Chandra X-ray Center}

Основният панел на графиката е голям оптичен и инфрачервен образ на галактиката Млечен път от оптичния телескоп PanSTARRS в Хавай с местоположението на MAXI J1820+070 над равнината на галактиката, маркиран с кръст. Вмъкнатият прозорец показва видео, което преминава през четирите наблюдения на "Чандра", където „ден 0“ съответства на първото наблюдение на 13 ноември 2018 г., около четири месеца след изстрелването на джета. MAXI J1820+070 е светлият източник на рентгенови лъчи в средата на изображението и източниците на рентгенови лъчи могат да се видят отдалечени от черната дупка в струи на север и юг. MAXI J1820+070 е точков източник на рентгенови лъчи, въпреки че изглежда по-голям от точка, тъй като е много по-ярък от източниците на струята. Южната струя е твърде слаба, за да бъде открита в наблюденията през май и юни 2019 г. 

Колко бързо струите материя се отдалечават от черната дупка?

От гледна точка на Земята изглежда, че северната струя се движи с 60% скоростта на светлината, докато южната се движи с невъзможно звучащите 160% от светлинната скорост!

Това е пример за свръхсветлинно движение, явление, което се случва, когато нещо се движи към нас близо до скоростта на светлината, по посока, близка до нашата зрителна линия. Това означава, че обектът се движи почти толкова бързо към нас, колкото светлината, която генерира, създавайки илюзията, че движението на струята е по-бързо от скоростта на светлината.

В случая на MAXI J1820+070, южната струя е насочена към нас, а северната струя се отдалечава от нас, така че изглежда, че южната струя се движи по-бързо от северната. Действителната скорост на частиците в двете струи малко е по-голяма от 80% от скоростта на светлината .

Само два други примера за такива високоскоростни емисии са наблюдавани при рентгенови лъчи от черни дупки със звездна маса.

Системата MAXI J1820+070 е наблюдавана и при радиовълни от екип, ръководен от Джо Брайт (Joe Bright) от Университета в Оксфорд, който преди това съобщава за откриването на свръхсветлинно движение на компактни източници въз основа само на радио данни, които се разпръскват от джета на 7 юли, 2018 до края на 2018 година.

Тъй като наблюденията на "Чандра" приблизително удвояват продължителността на времето, през което са наблюдавани джетовете, комбинираният анализ на радиоданните и новите данни на "Чандра" от Еспинас и нейния екип дава допълнително информация за джетовете. Новото проучване включва и доказателства, че струите се забавят с отдалечаването си от черната дупка.

По-голямата част от енергията на джетовете не се преобразува в радиация, а вместо това се отделя, когато частиците в струите взаимодействат с околния материал. Тези взаимодействия може да са причина за забавянето на струите. Когато струите се сблъскват със заобикалящия ги материал в междузвездното пространство, се появяват ударни вълни - подобни на звуковите, причинени от свръхзвуковите самолети. Този процес генерира енергии на частиците, които са по-високи от енергията на Големия адронен колайдер.

Проучвания на MAXI J1820+070 и подобни системи обещават да разкрият повече за тези екстремни явления - джетовете, произведени от черни дупки със звездни маси и как те освобождават енергията си, след като техните струи взаимодействат със заобикалящата ги среда.

Справка: Relativistic X-ray jets from the black hole X-ray binary MAXI J1820+070: arXiv:2004.06416 [astro-ph.HE] arxiv.org/abs/2004.06416 Astrophysical Journal Letters

Източник: MAXI J1820+070: Black Hole Outburst Caught on Video, Chandra X-ray Center