После начала научных операций в феврале японский аппарат XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission) изучил огромную черную дыру в центре галактики NGC 4151.
«Прибор Resolve, установленный на XRISM, снял подробный спектр области вокруг черной дыры», — говорит Брайан Уильямс, научный сотрудник проекта NASA в Центре космических полетов имени Годдарда. «Пики и провалы похожи на химические отпечатки пальцев, по которым можно определить, какие элементы присутствуют в веществе, и получить сведения о судьбе материи, приближающейся к черной дыре».
Проект XRISM, запуск которого состоялся 6 сентября 2023 года, возглавляет Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) в сотрудничестве с NASA, а также при участии Европейского космического агентства (ESA). Прибор Resolve, микрокалориметрический спектрометр миссии, был разработан совместно NASA и JAXA.
NGC 4151 — спиральная галактика, расположенная на расстоянии около 43 миллионов световых лет в северном созвездии Гончих Псов. В ее центре находится сверхмассивная черная дыра, масса которой более чем в 20 миллионов раз превышает массу Солнца.
Галактика также активна, ее центр необычайно ярок и переменчив. Газ и пыль, движущиеся к черной дыре, образуют вокруг нее аккреционный диск и нагреваются под действием гравитационных сил и сил трения, создавая непостоянство. Часть вещества на краю черной дыры образует сдвоенные струи частиц, которые вылетают с каждой стороны диска почти со скоростью света. Вокруг аккреционного диска образуется пухлое облако материала в форме тора.
NGC 4151 — одна из самых близких известных активных галактик. Другие аппараты, включая рентгеновскую обсерваторию NASA Chandra и космический телескоп Hubble, изучали ее, чтобы узнать больше о взаимодействии черных дыр с окружающей средой, что может подсказать ученым, как сверхмассивные черные дыры в галактических центрах растут с течением космического времени.
Галактика необычайно яркая в рентгеновских лучах, что сделало ее идеальной ранней целью для XRISM.
Спектр NGC 4151 в программе Resolve показывает резкий пик при энергии чуть меньше 6,5 кэВ (килоэлектронвольт) — эмиссионная линия железа. Астрономы считают, что большая часть энергии активных галактик исходит от рентгеновских лучей, возникающих в горячих, вспыхивающих областях вблизи черной дыры. Рентгеновские лучи, отражаясь от более холодного газа в диске, заставляют железо там флуоресцировать, создавая специфический рентгеновский пик. Это позволяет астрономам составить более полное представление как о диске, так и об извергающихся областях, расположенных гораздо ближе к черной дыре.
В спектре также видно несколько провалов в районе 7 кэВ. Железо, находящееся в торе, также вызвало эти провалы, но за счет поглощения рентгеновских лучей, а не эмиссии, поскольку материал там намного холоднее, чем в диске. Все это излучение примерно в 2 500 раз энергичнее света, который мы можем видеть глазами.
Железо — лишь один из элементов, которые может обнаружить XRISM. В зависимости от источника телескоп также может обнаружить серу, кальций, аргон и другие элементы. Каждый из них рассказывает астрофизикам что-то свое о космических явлениях, рассеянных по рентгеновскому небу.
