Астрономы увидели горячее пятно на орбите вокруг сверхмассивной черной дыры Млечного Пути

Астрономы при помощи телескопов ALMA и «Чандра» обнаружили в аккреционном диске вокруг сверхмассивной черной дыры Стрелец A* в центре Млечного Пути облако горячей плазмы. Оно движется вокруг черной дыры по экваториальной орбите с периодом 70 минут и пронизано вертикальными магнитными полями. Статья опубликована в журнале Astronomy&Astrophysics.

Стрелец A^* представляет собой компактный радиоисточник, связанный со сверхмассивной черной дырой, расположенной в центре нашей галактики, с массой 4,3×10⁶  масс Солнца. Изначально на существование черной дыры указывали особенности движения близких к ней звезд, за что в 2020 году была вручена Нобелевская премия по физике, о которой мы рассказывали в материале «И все-таки они существуют». В дальнейшем, благодаря коллаборации GRAVITY астрономы получили новые доказательства того, что в центре Млечного Пути находится черная дыра, а в мае этого года окончательно подтвердили это, получив изображение тени черной дыры благодаря EHT (Event Horizon Telescope) — глобальному радиоинтерферометру со сверхдлинной базой.

Одним из направлений исследований Стрельца A^* является отслеживание динамики его яркости в разных диапазонах волн, в частности вспышек в инфракрасном и рентгеновском диапазонах. Подобное поведение источника связывается с неравномерным процессом аккреции вещества на черную дыру и процессами магнитного пересоединения в аккреционном диске вокруг черной дыры, способных создавать «горячие точки» во вращающемся диске, признаки которых ранее уже фиксировались.

Группа астрономов во главе с Мачеком Вельгусом (Maciek Wielgus) из Института радиоастрономии Общества Макса Планка сообщила о регистрации горячего пятна на орбите вокруг Стрельца A^*. Открытие было сделано в ходе анализа данных наблюдений за черной дырой в миллиметровом диапазоне волн наземной системой радиотелескопов ALMA, проведенных в рамках наблюдательной кампании EHT 6–7 и 11 апреля 2017 года, а также данных рентгеновских наблюдений за черной дырой космического телескопа «Чандра», который 11 апреля зафиксировала вспышку у черной дыры.

Модель, которая лучше всего описывает данные наблюдений, выглядит следующим образом. Стрелец A^* представляет собой черную дыру Керра, окруженную радиационно неэффективным, намагниченным аккреционным потоком. Вокруг черной дыры на экваториальной орбите с периодом 70 минут обращается по часовой стрелке область, заполненная горячей плазмой. Горячее пятно наблюдается при малом наклонении и генерирует сильно поляризованное синхротронное излучение. При этом, модели, где вертикальные магнитные поля пронизывают горячее пятно, подходят к данным наблюдений лучше, чем модели с только тороидальными или радиальными магнитными полями. Радиус орбиты облака горячей плазмы оценивается примерно в пять радиусов Шварцшильда для Стрельца А*, что примерно соответствует радиусу орбиты Меркурия.

Ученые отмечают, что использовали относительно простые геометрические модели для интерпретации данных наблюдений, в частности, структура магнитного поля может быть неосесимметричной или зависящей от времени и быть подверженной влиянию турбулентностей в аккреционном потоке, а орбита пятна могла быть смещена по вертикали. В дальнейшем может быть создана более физически полная модель «горячей точки».

О том, как благодаря EHT астрономам удалось увидеть тень черной дыры, и что это дало науке можно узнать из материалов «Взгляд в бездну» и «Заглянуть за горизонт».

Александр Войтюк