Световое шоу черной дыры: Стрелец A* под наблюдением Уэбба

Представьте себе явление, напоминающее солнечные вспышки, но в масштабах, превосходящих все ожидания. Яркие всплески света, видимые на расстоянии 26 тысяч световых лет, сменяются внезапными, непредсказуемыми мерцаниями, происходящими ежедневно. Именно такую картину удалось зафиксировать ученым, использующим космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба. Источником этой активности оказался аккреционный диск – облако газа и пыли, вращающееся вокруг сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики, известной как Стрелец A*.

Наблюдения показали, что изменения яркости происходят в крайне короткие промежутки времени, что указывает на их происхождение из внутренней части диска, расположенной вблизи горизонта событий черной дыры. Ученые сравнивают эту активность с настоящим световым шоу, напоминающим вращение диско-шара, которое не прекращается ни на минуту.

• Подробный взгляд на «пустоту» галактики

Группа астрофизиков с помощью телескопа Уэбба провела самое продолжительное и детальное исследование центральной области Млечного Пути. Они установили, что аккреционный диск вокруг Стрельца A* постоянно производит вспышки различной интенсивности, без каких-либо периодов затишья. Эти всплески варьируются по длительности и яркости: от слабых, длящихся всего несколько секунд, до мощных, происходящих ежедневно. Кроме того, были замечены более продолжительные изменения с меньшей энергией, которые развиваются на протяжении месяцев.

Исследователи под руководством Фархада Юсеф-Заде из Северо-Западного университета в Иллинойсе отметили, что данные показывают непрерывно меняющуюся яркость, словно «пузырящуюся» активность. Внезапно возникающие яркие вспышки быстро затухают, и при этом не удается выявить какую-либо закономерность в этих событиях, что делает каждое наблюдение уникальным и захватывающим.

Для проведения исследования команда использовала инструмент телескопа Уэбба NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона), наблюдая за Стрельцом A* в течение 48 часов, разбитых на периоды по 8–10 часов в течение года. Это позволило проследить динамику изменений в черной дыре с течением времени.

• Неожиданная активность и ее причины

Хотя ученые ожидали увидеть вспышки, Стрелец A* оказался гораздо более активным, чем предполагалось. Наблюдения выявили непрерывную череду «фейерверков» разной силы – в среднем пять-шесть крупных всплесков в день, а также множество более мелких.

Юсеф-Заде предположил, что короткие и длинные вспышки могут быть вызваны разными процессами. По его мнению, слабые вспышки, вероятно, возникают из-за небольших возмущений в аккреционном диске, где турбулентные изменения сжимают плазму – горячий, электрически заряженный газ, – вызывая кратковременные вспышки, схожие с солнечными. Он сравнил этот процесс с сжатием и усилением магнитного поля на Солнце, отметив, что в случае черной дыры среда гораздо более экстремальна, но общий принцип активности схож.

Что касается ярких, мощных всплесков, ученый связал их с процессом магнитной связи, при котором два магнитных поля сталкиваются, высвобождая энергию в виде ускоренных частиц. Эти частицы, двигаясь почти со скоростью света, создают интенсивные вспышки света.

• Новые данные и временные задержки

Используя возможности NIRCam, команда смогла одновременно наблюдать за черной дырой на двух длинах волн – 2,1 и 4,8 микрона, что позволило сравнить изменения яркости вспышек на разных диапазонах. Результаты удивили ученых: яркость изменялась быстрее на коротких волнах, чем на длинных, с задержкой от нескольких секунд до 40 секунд. Юсеф-Заде отметил, что подобная временная задержка была зафиксирована впервые и предоставила важные данные о физических процессах вблизи черной дыры. Одно из возможных объяснений – потеря энергии частицами во время вспышек, причем на коротких волнах этот процесс происходит быстрее, чем на длинных, что характерно для частиц, движущихся по спирали вдоль линий магнитного поля.

• Планы на будущее

Для более глубокого изучения этих явлений команда планирует увеличить продолжительность непрерывных наблюдений за Стрельцом A* до 24 часов. Юсеф-Заде подчеркнул, что это позволит снизить уровень шума в данных, выявить более мелкие детали и определить, являются ли вспышки действительно случайными или имеют скрытую повторяемость.

Эти исследования не только помогают лучше понять природу черных дыр и их взаимодействие с окружающей средой, но и проливают свет на динамику и эволюцию нашей галактики.