За последние несколько месяцев в космосе появился еще один космический телескоп, наблюдающий за рентгеновскими лучами. Это XRISM, что означает X-ray Imaging and Spectroscopy Mission — миссия, возглавляемая японским космическим агентством JAXA при сотрудничестве с NASA и CSA, в которой также участвует ESA.
Вскоре после начала научных операций в феврале прошлого года XRISM изучил гигантскую сверхмассивную черную дыру в центре спиральной галактики NGC 4151, масса которой более чем в 20 миллионов раз превышает массу Солнца. Эта галактика находится на расстоянии около 43 миллионов световых лет от нас и является активной, поэтому ее центр очень яркий и переменный.
Прибор XRISM Resolve снял подробный спектр области вокруг черной дыры. Пики и впадины в спектре похожи на химические отпечатки пальцев, по которым ученые могут определить, какие элементы в нем присутствуют. А также раскрыть подсказки о судьбе материи по мере приближения к точке невозврата этого огромного небесного монстра. В частности, XRISM обнаружил присутствие железа, одного из самых тяжелых элементов, образующихся в природе.
Очень яркий галактический центр в рентгеновских лучах
Активная галактика характеризуется гораздо более интенсивной светимостью и энергетическим излучением, чем обычные галактики. Это излучение исходит от сверхмассивной черной дыры в ее центре: газ и пыль, вращающиеся в направлении черной дыры, образуют вокруг нее аккреционный диск и нагреваются под действием гравитационных сил и сил трения. Во время этого процесса выделяется большое количество энергии, включая видимый свет, рентгеновское и гамма-излучение.
Часть материи на краю черной дыры также образует струи частиц-близнецов, которые вырываются с каждой стороны диска почти со скоростью света. Вокруг аккреционного диска образуется пухлое облако материала в форме пончика, называемое тором.
Художественное изображение активной галактики NGC 4151 и сверхмассивной черной дыры в ее центре.
NGC 4151 — одна из ближайших известных активных галактик. Другие аппараты, включая рентгеновскую обсерваторию NASA «Чандра» и космический телескоп «Хаббл», изучали ее, чтобы узнать больше о взаимодействии между черными дырами и их окружением, что может подсказать ученым, как сверхмассивные черные дыры в галактических центрах растут в космическом времени.
Галактика необычайно яркая в рентгеновских лучах, что делает ее идеальной целью для XRISM.
XRISM находит железо
Спектр NGC 4151, полученный с помощью Resolve, показывает резкий пик при энергии чуть ниже 6,5 кэВ (килоэлектронвольт). Это эмиссионная линия железа. Железо — один из самых тяжелых химических элементов во Вселенной, и его присутствие можно подтвердить с помощью рентгеновского излучения: вещество, из которого состоит аккреционный диск, нагревается до очень высоких температур. В этих условиях атомы железа в аккреции испускают характерные рентгеновские лучи, которые можно обнаружить.
Наличие и распределение железа в рентгеновском излучении может дать важнейшую информацию о свойствах аккреционного диска и динамике областей вблизи черной дыры. Например, ширина эмиссионных линий железа может указывать на скорость движения вещества в аккреционном диске и температуру окружающего газа.
В спектре Resolve NGC 4151 также видно несколько провалов в районе 7 кэВ. Это может быть вызвано тем, что железо, находящееся в торе, поглощает рентгеновские лучи, а не испускает их, так как материал намного холоднее, чем в диске. Все это излучение примерно в 2500 раз энергичнее света, который мы можем видеть глазами.
Железо — лишь один из элементов, которые может обнаружить XRISM. Телескоп также может обнаружить серу, кальций, аргон и другие элементы, в зависимости от источника. Каждый из них рассказывает нам часть истории этой и других галактик, а также космических рентгеновских явлений.
