На расстоянии примерно 15 000 световых лет от нас есть активная черная дыра, которая, кажется, периодически освещает гамма-лучами ничем не примечательное облако газа. Но есть загвоздка: это облако газа находится примерно в 100 световых годах от черной дыры и не на пути бьющих из нее джетов. Поэтому совсем не ясно, почему оно пульсирует.
По мнению астрофизиков, маловероятно, что пульсации генерируются непосредственно плазменными струями, испускаемыми активными черными дырами. Но возможно, что черная дыра как-то по-особому испускает космические лучи, в результате чего они могут периодически освещать газовое облако.
«Это бросает вызов различным версиям и совершенно неожиданно с точки зрения опубликованных ранее теоретических моделей, — говорит астрофизик Цзянь Ли из Deutsches Elektronen-Synchrotron, самого большого в Германии исследовательского центра физики частиц. — Это дает нам возможность обнаружить перенос частиц от черной дыры в системе SS 433 и исследовать структуру магнитного поля в ее окрестностях».
SS 433 — это система с черной дырой и звездой. Она состоит из самой черной дыры, которая массивнее Солнца в 10-20 раз, и огромной звезды, которая в 30 раз массивнее нашей. Оба объекта находятся очень близко друг к другу, и черная дыра забирает у звезды материал, который при этом светится, словно мини-версия квазара.
Но черная дыра поглощает не весь материал: часть его попадает в аккреционный диск. Затем этот материал выбрасывается в космос с помощью струй плазмы, бьющих из полюсов черной дыры, на скоростях, близких к световой.
Кроме того, черная дыра в составе SS 433 качается, как волчок — такое колебание называется прецессией вращения. То есть струи, вместо того, чтобы лететь по прямой, уходят в пространство по спирали, как это показано в видео.
Наблюдая за SS 433 в течение десяти лет, Ли и его коллеги смогли определить, что прецессия черной дыры имеет периодичность чуть более 162 дней, причем струя теряет свою спиралевидную форму и превращается в конус после нескольких циклов. Газовое же облако пульсирует с той же периодичностью.
Казалось бы, загадка пульсации решена, но облако не расположено на пути струй, бьющих из полюсов черной дыры.
«Обнаружение такой однозначной связи по времени примерно в 100 световых годах от микроквазара, даже не по направлению джетов, столь же неожиданно, сколь и удивительно», — говорит Ли.
Возможно, что космические лучи — протоны высокой энергии, которые движутся почти со скоростью света — появляются либо на концах струй, либо на экваторе черной дыры. Субатомные частицы космических лучей могут достигать облака, а удар сопровождается выбросом гамма-лучей. Возможно, космические лучи исходят от края аккреционного диска.
«Энергетически отток диска может быть таким же мощным, как джеты, и считается, что он прецессирует из-за солидарности с остальной системой», — объяснил астрофизик Диего Торрес из Института космических наук в Испании.
Космические лучи должны испускаться с очень высокой скоростью, чтобы вызвать наблюдаемое гамма-излучение. По словам исследователей, это трудно согласовать с нынешним пониманием природы черных дыр. Поэтому теории распространения космических лучей вблизи микроквазаров должны быть пересмотрены.