В Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН создана модель, описывающая влияние активности сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики на исходящее из этого района излучение. Работа была представлена на организованной институтом XIV Школе молодых учёных «Актуальные проблемы физики».
В прошлом году астрономы зафиксировали самую значительную за всё время наблюдений вспышку излучения сверхмассивной чёрной дыры Стрелец A*, расположенной в центре нашей галактики. Хотя пик интенсивности составил всего 700 высокоэнергетических фотонов, этот показатель превысил среднюю для Стрельца A* интенсивность примерно в 150 раз. Сообщение облетело научные блоги и СМИ за несколько недель до проведения в Звенигороде XIV Школы молодых учёных, на которой была представлена работа, посвящённая влиянию активности этой чёрной дыры на излучение из центра Млечного пути.
Автор исследования, научный сотрудник ФИАН, кандидат физико-математических наук Дмитрий Чернышов отмечает, что по сравнению с другими чёрными дырами подобной массы у Стрельца А* излучение действительно имеют довольно низкую интенсивность. Однако некоторые данные указывают на то, что в прошлом она проявляла себя намного «ярче». Оказывается, всего 100 лет назад яркость чёрной дыры в рентгеновском диапазоне была в 1 млн. раз выше, и длительность этой вспышки составляла как минимум несколько лет (для сравнения – самая яркая вспышка Стрельца А* за всю историю наблюдений была лишь в 1000 раз выше средней интенсивности и длилась всего час).
В качестве возможной причины повышенной яркости учёные называют приливное разрушение и аккреция чёрной дырой некоего объекта, чья масса сравнима с несколькими массами Земли. Гораздо больший эффект оказывает приливное разрушение звёзд, подходящих на опасное расстояние к чёрной дыре. Выбрасываемая при этом энергия может на два порядка превосходить энергию взрыва сверхновых звёзд. Судя по динамике звёзд в окрестностях, центральная чёрная должна захватывать их каждые 10 тысяч – 100 тысяч лет.
Учёный обратил внимание на то, что эти процессы могут серьёзно влиять на излучение, идущее из центра Млечного Пути.
Дмитрий Чернышов: «Приливные разрушения могут отвечать за целый ряд астрофизических явлений. Мы выделяем три проблемы: формирование аннигиляционной линии 511 кэВ, происхождение рентгеновского излучения из галактического центра и появление так называемых “пузырей Ферми” (гигантских структур гамма-излучения в виде пузырей, расположенных симметрично сверху и снизу от центра Галактики)».
Аннигиляционная линия на энергии 511 кэВ – это ярчайшая линия в спектре излучения Млечного пути на энергиях, превышающих 10 кэВ. Такое название она получила потому, что излучение образуется в процессе аннигиляции: электроны сталкиваются со своими античастицами, позитронами, и на их месте появляются два или три кванта гамма-излучения (фотоны большой энергии). При рождении двух фотонов каждый из них имеет энергию, равную массе покоя электрона или позитрона, – 511 кэВ. Несмотря на то, что аннигиляционную линию изучают уже не первое десятилетие, однозначного мнения о её происхождении нет. Прежде всего, это связано с тем, что до сих пор не выяснена природа происхождения главных «участников» этого процесса – позитронов.
В качестве возможных первопричин рентгеновского излучения учёные рассматривают различные явления, в первую очередь – свет большого количества неразличимых источников и тепловое излучение горячей плазмы. В данном случае за основу была взята вторая гипотеза.
Дмитрий Чернышов: «Если эта теория верна, то возникает вопрос об источнике энергии, питающем эту плазму. Приливное разрушение звёзд чёрной дырой как раз обладает достаточной для этого мощностью».
Что касается Ферми-пузырей – протяжённых структур гамма-излучения, обнаруженных в 2010 году с помощью обсерватории «Ферми», – предполагается, что они образовались за счёт ударных волн, которые появляются при захвате звёзд центральной чёрной дырой. Происходит это следующим образом. Когда звёзда вплотную приближаются к чёрной дыре, она разрушается приливными силами и «захватывается» ядром галактики. Энергия, высвобождающаяся при захвате, нагревает газ вокруг чёрной дыры и порождает ударные волны – источник заряженных частиц высокой энергии, необходимых для формирования Ферми-пузырей.
В научной литературе для каждого из этих явлений уже построена как минимум одна модель, предлагающая объяснение интенсивности космического излучения и его спектральных свойств. Автор работы отмечает, что модели строятся на различных предположениях об источниках энергии и механизмах ускорения частиц до высоких энергий, однако поскольку все эти объекты расположены вблизи центра нашей Галактики, вероятно, их появление связано с активностью сверхмассивной чёрной дыры Стрелец А*.
Представленное исследование примечательно тем, что может объяснить «географию» центра Млечного Пути в рамках единой модели, которая, к тому же, хорошо согласуется с наблюдаемой интенсивностью и спектральными свойствами излучения. За цикл работ по этой теме Дмитрию Чернышову была присуждена премия им. П.Н. Лебедева в рамках молодёжного конкурса Учебно-научного комплекса ФИАН в 2012 году.
О. Овчинникова, АНИ "ФИАН-Информ"
24.04.2013
