Впервые ученые случайно измерили вращающееся кольцо вокруг черной дыры.

Исследователи случайно наткнулись на способ измерения размеров аккреционных дисков из пыли, газа и плазмы, которые окружают черные дыры.

Как может выглядеть аккреционный диск черной дыры в интерпретации художника.

Впервые в истории ученые измерили точный размер диска материи, вращающегося вокруг сверхмассивной черной дыры. Это неожиданное открытие может помочь расширить наши знания о том, как растут эти космические джаггернауты и как галактики, окружающие их, эволюционируют с течением времени.

Аккреционные диски представляют собой массивные вихревые кольца из перегретого газа, пыли и плазмы, вращающиеся вокруг черных дыр или других огромных космических объектов, таких как пульсары. Диски вокруг черных дыр состоят из остатков разрушенных звезд, экзопланет и другой материи, которая была разорвана на части, когда ее притягивало к горизонту событий - точке, за которой ничто, даже свет, не может избежать гравитационного притяжения черной дыры. При вращении аккреционные диски испускают целый ряд электромагнитных излучений, включая рентгеновские лучи, инфракрасное излучение, радиоволны и видимый свет, что делает их единственной частью черной дыры, которую астрономы могут обнаружить.

Аккреционные диски наиболее отчетливо видны в инфракрасном спектре. Вращающиеся массы излучают то, что исследователи называют двойным пиком, который представляет собой пару энергетических всплесков от возбужденного водородного газа, излучаемых обеими половинами аккреционного диска - той, которая вращается в сторону от наблюдателя, и той, которая вращается в его сторону. Эти двойные пики исходят от края аккреционного диска, который находится ближе всего к горизонту событий, то есть они могут показать, где начинается вращение диска, но не где оно заканчивается.

Однако в новом исследовании, опубликованном 8 августа в журнале The Astrophysical Journal Letters, ученые обнаружили второй двойной пик, исходящий от внешнего края аккреционного диска, окружающего сверхмассивную черную дыру III Zw 002, которая находится на расстоянии более 22 млн световых лет от Земли и по меньшей мере в 400 млн раз превышает массу нашего Солнца. На основе обнаруженной пары двойных пиков ученые рассчитали, что радиус аккреционного диска вокруг III Zw 002 составляет около 52,4 световых дней, что более чем в 9000 раз превышает расстояние от Земли до Солнца.

На этой диаграмме показано, как стандартный инфракрасный двойной пик образуется в аккреционном диске черной дыры.

Исследователи не занимались поиском второй двойной полосы вокруг III Zw 002, когда они сделали эту находку. Вместо этого команда собирала данные для подтверждения наличия аккреционного диска, который был впервые обнаружен в 2003 году.

Для получения новых данных исследователи использовали спектрограф ближней инфракрасной области Gemini (GNIRS), установленный на телескопе Gemini North на Гавайях. GNIRS измеряет несколько более широкий диапазон длин волн, чем обычный инфракрасный свет, и может одновременно обнаруживать излучение в разных диапазонах, что и позволило команде обнаружить второй двойной пик.

Сначала исследователи не поверили в то, что нашли, но вскоре все стало ясно. "Мы много раз уменьшали данные, думая, что это может быть ошибка, но каждый раз видели один и тот же захватывающий результат", - сказал в своем заявлении соавтор исследования Альберто Родригес-Ардила, астроном из Астрофизического института Канарских островов.

По мнению исследователей, это открытие может сыграть важную роль в раскрытии тайн сверхмассивных черных дыр.

"Обнаружение таких профилей с двойными пиками накладывает жесткие ограничения на геометрию области, которую иначе не удается разрешить, - сказал Родригес-Ардила. Это позволит исследователям впервые наблюдать "процесс питания и внутреннюю структуру активной галактики", добавил он.

Команда будет продолжать наблюдать за аккреционным диском вокруг III Zw 002, чтобы увидеть, как он растет со временем.

Это не единственный значительный прорыв в понимании аккреционных дисков, сделанный учеными в этом году. В мае исследователи впервые в истории создали искусственные аккреционные диски из плазмы в лаборатории. Искусственные кольца просуществовали лишь долю секунды, но они намекают на то, как формируются аккреционные диски.