Международная группа исследователей представила результаты наблюдений за чёрной дырой X-ray binary 4U 1630–472, расположенной в нашей галактике, с помощью спутника XRISM.
XRISM — это спутник для рентгеновской астрономии, разработанный Японией в сотрудничестве с Соединёнными Штатами и Европой. Он был запущен с космодрома Танэгасима 7 сентября 2023 года.
Наблюдение проводилось в период затухания вспышки и позволило зафиксировать линии поглощения высокоионизированного железа в системе в состоянии минимального рентгеновского излучения.
Результаты дают редкую возможность заглянуть в структуру и движение горячего газа вокруг чёрной дыры в её наименее активной рентгеновской фазе, что позволяет по-новому взглянуть на эволюцию этих экстремальных систем и их взаимодействие с окружающей средой.
Работа опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters. Руководили исследованием профессор Джон М. Миллер (Университет Мичигана), доктор Мисаки Мизумото (Университет педагогического образования Фукуока) и доктор Megumi Shidatsu (Университет Эхиме).
Чёрные дыры могут иметь размеры от нескольких до миллиардов солнечных масс. Чёрная дыра X-ray binary содержит чёрную дыру звёздной массы, обычно менее чем в десять раз превышающую массу Солнца, вращающуюся вокруг нормальной звезды. Газ, вытянутый из звезды-компаньона, закручивается по спирали к чёрной дыре, образуя чрезвычайно горячий аккреционный диск. Во внутренних областях его температура может достигать почти 10 миллионов кельвинов, что создаёт интенсивное рентгеновское излучение.
Известно около 100 подтверждённых или предполагаемых систем X-ray binary с чёрными дырами, включая знаменитый Cygnus X-1. Эти системы проводят большую часть времени в тусклом состоянии, но время от времени у них происходят вспышки, во время которых их рентгеновская яркость может увеличиться в 10 000 раз всего за неделю.
Спутник XRISM оснащён Resolve — передовым спектрометром мягкого рентгеновского излучения, способным измерять энергию рентгеновских лучей с беспрецедентной точностью. Примерно 25 часов с 16 по 17 февраля 2024 года XRISM наблюдал за системой 4U 1630–472, расположенной в созвездии Нормы.
Наблюдение за переходными явлениями потребовало быстрой координации. Команда проводила ежедневный мониторинг систем X-ray binary с помощью широкоугольных рентгеновских инструментов, а затем тесно сотрудничала с командой, управляющей XRISM, чтобы скорректировать график в короткие сроки, что сделало это наблюдение возможным.
Полученные спектры выявили чёткие линии поглощения от высокоионизированного железа даже на этой тусклой стадии. Примечательно, что во второй половине наблюдения поглощение усилилось, несмотря на небольшое изменение рентгеновской яркости.
Анализ показал, что поглощающий газ находится во внешнем аккреционном диске и движется со скоростью менее 200 км/с — намного медленнее, чем ветры со скоростью около 1000 км/с, наблюдаемые в более ярких фазах. При таких низких скоростях газ остаётся гравитационно связанным с чёрной дырой.
Увеличение поглощения во второй половине наблюдения, вероятно, произошло из-за локализованного газового облака на внешнем крае диска, возможно, образовавшегося в месте столкновения падающего потока от звезды-компаньона с диском.
Эти наблюдения впервые позволили детально изучить особенности поглощения в системе X-ray binary с чёрной дырой при такой низкой светимости. Благодаря исключительным спектральным возможностям XRISM астрономы смогли составить карту движения и распределения горячего газа вблизи чёрной дыры в режиме, который ранее был недостижим.
Результаты показывают, что даже при слабом рентгеновском излучении вокруг чёрной дыры может присутствовать и, возможно, находиться в движении высокоионизированный газ. Это даёт ценную информацию о притоке и оттоке газа в аккреционном диске и физических условиях, которые могут спровоцировать формирование ветра.
Дальнейшие цели команды — зафиксировать будущие вспышки на разных уровнях яркости с помощью XRISM, чтобы отслеживать, как меняются свойства газа с течением времени. Они сейчас находятся в режиме ожидания, готовые быстро отреагировать, когда произойдёт следующая вспышка из системы X-ray binary с чёрной дырой.