В короне чёрной дыры NGC 3783 нашли признак пересоединения

Подробно

Что именно обнаружили возле чёрной дыры в NGC 3783?

NGC 3783 - активная галактика со сверхмассивной чёрной дырой массой около 2,8 × 10^7 масс Солнца. Команда проанализировала рентгеновские кривые блеска XRISM/Xtend в диапазоне 0,4-13,0 кэВ, а также данные камеры EPIC-pn и Optical Monitor обсерватории XMM-Newton. В кампании участвовали также Chandra, NuSTAR, Swift и NICER, но анализ эффекта Нойперта в этой статье опирается прежде всего на XRISM и XMM-Newton.

В данных XRISM выделены шесть рентгеновских пиков с характерными временами около 1-2 суток. Признаки эффекта Нойперта найдены только во второй вспышке. Его описал в 1968 году Вернер Нойперт для солнечных вспышек: интенсивность жёсткого излучения соотносится со скоростью изменения мягкого. Авторы нашли такую же связь в короне чёрной дыры.

Эта работа представляет первое наблюдательное свидетельство вспышки магнитного пересоединения в короне активного галактического ядра.

Так заявляют авторы статьи.

Как доказывали эффект Нойперта и насколько надёжны цифры?

Наблюдения XRISM шли с 18 по 27 июля 2024 года, экспозиция на источник составила около 397,8 тысячи секунд. Во второй вспышке жёсткое излучение в целом опережало мягкое примерно на 30 килосекунд. Для XRISM/Xtend корреляция жёсткого излучения 7,2-12,0 кэВ с производной мягкого 0,4-2,0 кэВ имела коэффициент 0,84 и p = 0,002. Обычная корреляция самих кривых оказалась статистически незначимой: 0,55 при p = 0,15.

Независимая проверка по данным XMM-Newton/EPIC-pn дала коэффициент 0,92 и p = 0,02 для диапазонов 4,8-6,0 и 0,4-2,0 кэВ. Корреляция сохранялась при разбиении данных на интервалы по 4-8 килосекунд, на более коротких интервалах не хватало отношения сигнал/шум. Задержка между предполагаемыми процессами оказалась меньше консервативного верхнего предела в 4 килосекунды.

Из этого предела и допущения, что заряженные частицы движутся почти со скоростью света, авторы вывели верхнюю оценку высоты магнитной петли - менее 30 гравитационных радиусов. Статистические погрешности для оценок поля и размера не приводятся, даны только пределы и модельные оценки.

При чём здесь солнечные бури и ультрабыстрое истечение газа?

Со вспышкой совпало появление ультрабыстрого истечения газа. Предыдущая работа по той же кампании, вышедшая в Astronomy & Astrophysics, измерила его радиальную скорость как 0,19 скорости света, или 57 000 км/с. В сообщениях ESA и JAXA скорость округлена до 60 000 км/с и 20% скорости света.

Новая статья трактует это истечение как аналог солнечного коронального выброса массы. Сравнение с «солнечной бурей» - аналогия: речь идёт о сходной временной сигнатуре пересоединения и о CME-подобном истечении, а не о солнечном ветре или геомагнитной буре.

По энергетике истечения нижняя граница напряжённости уничтоженного магнитного поля составила более 1,3 × 10^4 гаусс, а при принятой эффективности передачи энергии 10% - около 4 × 10^4 гаусс. Отдельная динамическая оценка по пиковому ускорению 6 × 10^4 см/с² дала мгновенное поле около 500 гаусс. Авторы подчёркивают, что единственное значение поля вводило бы в заблуждение, так как оно меняется во времени и пространстве.

Ультрафиолетовая кривая XMM-Newton/OM показывает возможную вспышку примерно через 60 килосекунд после жёсткой рентгеновской. Её связывают с областью диска примерно в 400 гравитационных радиусах от места пересоединения, но сигнал слишком слаб для формальной проверки корреляции.

Что остаётся неясным и кто проводил исследование?

Исследование возглавила Гал Варди, докторант физического факультета Техниона, под руководством профессора Эхуда Бехара; в коллектив вошли учёные из Израиля, Японии, Европы и США. Статья «Наблюдение солнцеподобного события магнитного пересоединения в короне АЯГ с XRISM» опубликована в The Astrophysical Journal Letters (том 1007, выпуск 1, L23).

Главное ограничение - выборка: подходящим оказался один эпизод из шести вспышек одного объекта. Сами авторы пишут:

Остаётся выяснить, характерны ли магнитное поле, размер магнитной петли и энергии, полученные из этого наблюдения, только для данного события или для магнитного пересоединения в активных галактических ядрах вообще.

Они же полагают, что открытие эффекта Нойперта указывает: магнитное пересоединение может объяснять и нагрев короны активных ядер, и ультрабыстрые истечения как аналоги корональных выбросов массы. Это вывод авторов, а не установленный факт для всех таких галактик. Пресс-релиз Техниона формулирует результат категоричнее самой статьи.

Петля и пересоединение напрямую не изображены. Независимых комментариев учёных, не входящих в коллектив, найти не удалось. Авторы предлагают искать новые вспышки с эффектом Нойперта и измерять частоту таких событий, размеры корон и магнитные поля. XRISM (запущен 06.09.2023) и XMM-Newton (запущен 10.12.1999) продолжают научную работу, но отдельных новых наблюдений для проверки результата пока не объявлено.