Астрофизики впервые измерили магнитное поле «короны» черной дыры

Аккреционный диск вокруг черной дыры в двойной системе V404 Лебедя в представлении художника

NASA/Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab

Астрофизики смогли с большой точностью измерить значение индукции магнитного поля в «короне» аккреционного диска вокруг черной дыры в двойной системе V404 Лебедя, которое оказалось в несколько сот раз слабее, чем ожидалось. Эти данные позволят улучшить физические модели механизмов аккреции в двойных системах. Научная статья опубликована в журнале Science.

Двойная звездная система V404 Лебедя является микроквазаром и находится на расстоянии 8 тысяч световых лет от Земли в созвездии Лебедя. Она состоит из двух компонентов — черной дыры с массой в 12 масс Солнца и оранжевого карлика с массой 0,5 массы Солнца, которые вращаются вокруг общего центра масс с периодом в 6,4 дней. Из-за малого расстояния между объектами в системе вещество с нормальной звезды перетекает на черную дыру, вызывая периодические вспышки, видимые в рентгеновском и гамма-диапазонах. Они наблюдались в 1938, 1956, 1989 и 2015 годах, в последнем случае удалось пронаблюдать возросшую активность черной дыры одновременно с нескольких наземных и космических обсерваторий в разных электромагнитных диапазонах.

При перетекании вещества со звезды к черной дыре вокруг последней образуется аккреционный диск. Внутренние слои вещества постепенно тормозятся о внешние за счет трения, переходят на все более близкие к черной дыре орбиты и в конце концов поглощаются черной дырой. Помимо диска при аккреции вещества могут образовываться джеты — потоки частиц, движущихся с субсветовыми скоростями, расположенные перпендикулярно плоскости диска. Однако до сих пор механизмы аккреции и образования релятивистских струй остаются до конца неизученными. Ранее астрономы уже смогли определить местоположение оптического начала релятивистского джета, выбрасываемого из аккреционного диска в системе V404 Лебедя.

Существуют несколько моделей механизмов аккреции и строении аккреционного диска вокруг компактных объектов. По одной из них над относительно «холодным» (с температурой около 106 Кельвин) диском находится оптически тонкая, «горячая» (с температурой более 108 Кельвин) область, называемая «короной» (accretion disk coronae, ADC), которая ответственна за нетепловое излучение. Считается, что «корона» играет большую роль в образовании и подпитке энергией джетов, изменяя конфигурацию силовых линий магнитного поля, а моделирование показывает, что основание релятивистского выброса может находиться именно в ней.

Анализ данных наблюдений за серией вспышек, произошедшей в системе V404 Лебедя в июне 2015 года, позволил с большой точностью определить значение индукции магнитного поля в области «короны». Наблюдения велись при помощи космического рентгеновского телескопа NuSTAR, радиоинтерферометра AMI (Arcminute Microkelvin Imager), камеры ULTRACAM оптического 4,2-метрового телескопа WHT (William Herschel Telescope) и инфракрасного приемника CIRCE, установленного на 10,4-метровом Большом Канарском телескопе. Во время наблюдательной кампании был зарегистрирован необычный резкий спад излучения в широком диапазоне волн — от инфракрасного до рентгеновского, позволивший рассчитать значение магнитного поля, который объясняется «охлаждением» «корональной» области за счет синхротронного излучения.

Измеренное усредненное значение индукции магнитного поля в «короне» составило 461±12 Гаусс, что гораздо меньше, по сравнению с другими двойными системами, содержащими черные дыры: от 105 до 107 Гаусс для источника Лебедь X-1 или ~5×104 Гаусс для системы XTE J1550-564. Более низкое значение магнитного поля заставляет пересмотреть используемые модели аккреции, например увеличить размер излучающей области, уменьшить плотность частиц в «короне» или пересмотреть распределение частиц по энергиям. Общая энергия, запасенная в области «короны», сравнима с энергией, излучаемой всей системой за одну секунду (~1037 эрг), что согласуется с наблюдаемыми быстрыми изменениями яркости V404 Лебедя в 2015 году.

Ранее мы рассказывали о том, каким образом сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути указала на релятивистские эффекты у звезд и как проект «Радиоастрон» получил рекордно четкое изображение релятивистского джета блазара. Про открытие черных дыр на «кончике пера» читайте в нашем специальном материале.

Александр Войтюк

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.