«ЛХААСО» впервые «разглядел», как чёрная дыра порождает частицы с наивысшей энергией во Вселенной

Как чёрная дыра ускоряет частицы до наивысшей энергии во Вселенной? Последнее исследование дало ответ. 31 июля стало известно из Института физики высоких энергий Китайской академии наук, что государственный крупный научно-технический объект — обсерватория космических лучей на большой высоте (LHAASO, “ЛХААСО”) — впервые “разглядел” процесс, при котором чёрная дыра, поглощая вещество звезды-компаньона, подобно метроному, ритмично порождает частицы с наивысшей энергией во Вселенной, а также подтвердил первый переменный источник гамма-излучения с энергией в петаэлектронвольтном диапазоне. Результаты исследования опубликованы в журнале National Science Review.

Лебедь X-3 — это двойная звёздная система в созвездии Лебедя, состоящая из чёрной дыры и массивной звезды-компаньона. Там чрезвычайно сильная гравитация, и чёрная дыра активно поглощает звёздный ветер, испускаемый компаньоном. “ЛХААСО” зарегистрировала гамма-излучение этой системы с чрезвычайно высокой энергией, соответствующей энергии частиц космических лучей не менее 30 ПэВ (петаэлектронвольт), что значительно превышает текущие теоретические прогнозы и делает её самым мощным ускорителем частиц из всех известных во Вселенной.

“Мы словно увидели ‘супер-отрыжку’ чёрной дыры после еды, причём ритмичную”, — говорит Ли Цун, соавтор-корреспондент статьи, заместитель научного сотрудника Института физики высоких энергий Китайской академии наук. Ритмичность проявляется на двух уровнях: во-первых, сверхвысокоэнергетические вспышки, наблюдаемые “ЛХААСО”, синхронизированы с низкоэнергетическими вспышками, регистрируемыми космическим гамма-телескопом Fermi; когда низкоэнергетическое излучение яркое, высокоэнергетическое также яркое, а когда низкоэнергетическое тускнеет, высокоэнергетическое полностью гаснет. Во-вторых, этот сигнал изменяется с периодом 4,8 часа, что очень ритмично и точно соответствует времени одного оборота чёрной дыры и звезды-компаньона вокруг общего центра масс.

Благодаря этому “ритму” исследователи из Института физики высоких энергий Китайской академии наук и других организаций точно локализовали область ускорения частиц чёрной дырой в пределах всего около трёх солнечных радиусов. Это самая высокая точность локализации ускорителя сверхвысокоэнергетических космических частиц, достигнутая человечеством на сегодняшний день.

“Разглядеть, как чёрная дыра периодически ускоряет частицы до столь экстремально высоких энергий, означает, что мы больше не просто делаем статические снимки Вселенной, а можем снимать её в высоком разрешении как в кино”, — отмечает Ли Цун. Это открытие открывает область сверхвысокоэнергетической временной астрономии и прокладывает новые пути для изучения экстремальной гравитации, магнитных полей и состояния вещества вблизи чёрных дыр. В настоящее время этот результат уже привлёк большое внимание в области астрофизики и стал одной из самых активно обсуждаемых тем на международных профессиональных конференциях.