Начнем с самой близкой структуры, найденной с Земли (и единственной фактически расположенной в нашей галактике), формально известной как Swift J1357.2. Она расположена почти в 5000 световых годах от Земли в созвездии Девы. Сама структура является одной из наименее понятых, но физики полагают, что она основана на двойной системе, содержащей звезду и черную дыру.

Звезда-компаньон в системе совершает полный оборот вокруг центра масс в кратчайший из известных на данный момент орбитальный период, всего за 2,8 часа.

Вопреки распространенному мнению, черные дыры не являются космическими пылесосами, откачивающими весь материал, до которого могут дотянуться. На самом деле черные дыры поглощают только вещество, которое находится слишком близко к ним (попадая в так называемый «горизонт событий», который в основном является границей, из-за которой ничто, даже свет, не может вырваться).

Гравитационные возмущения могут быть катализатором, заставляя объект (или совокупность материи) на устойчивой орбите поблизости от черной дыры отклониться от курса, посылая его по спирали внутрь. Довольно часто черная дыра вытягивает из соседнего небесного тела больше вещества, чем может поглотить. Это вещество накапливается и образует нечто, называемое аккреционным диском.

Структура, известная как Swift J1357.2, вероятно, похожа по конструкции на одну из подобных систем. В отличие от более привычных аналогов, этот конкретный объект сформировался во внешнем слое аккреционного диска и ведет себя как волна (движущаяся во внешнем вертикальном направлении вместо горизонтального), что приводит к систематическому «затемнению» звезды-спутника каждые несколько секунд.

Система была открыта в 2011 году и почти сразу же стала предметом большого интереса ученых. В таких системах (сейчас их около двух десятков) вещество светящейся звезды вытягивается черной дырой, образуя вокруг нее аккреционный диск. Периодически вещество диска нагревается под действием приливных сил и «сбрасывает» энергию в виде мощной вспышки.

Необычной особенностью Swift J1357.2 является то, что период вспышки медленно колеблется между 2 и 10 минутами. Такое странное поведение никогда не наблюдалось ни у одного другого объекта. Ситуация осложнялась тем, что яркость вспышек примерно в 10 тысяч раз меньше яркости самых слабых светящихся звезд, соответственно, для их изучения нужна мощная техника.

Для наблюдения использовался южноафриканский соляной телескоп, имеющий зеркало диаметром 10 метров. В течение периода наблюдения телескоп регистрировал спектры Swift J1357.2 со 100-секундной выдержкой. Общая продолжительность сеанса составила 1 час чистого времени.

Эти спектры были ошеломляющими. Они показали ионизированный гелий в состоянии, которое никогда раньше не наблюдалось в таких системах. Она должна быть плотной, а горячая – около 40000 градусов. Более примечательно, что спектральные объекты были смещены в синий цвет (из-за эффекта Доплера), что указывало на то, что источники излучения двигались со скоростью около 600 км/с. Но нас поразил тот факт, что эти спектральные особенности были видны только во время оптических провалов в Кривой света. мы интерпретировали это совершенно уникальное свойство как следствие деформации или пульсации во внутреннем аккреционном диске, который вращается вокруг черной дыры на краю горизонта событий. – говорит один из участников исследования, профессор Фил Чарльз из Университета Саутгемптона.

Основная причина изменения периода вспышки заключается в том, что ионизированный газ поступает в аккреционный диск не непрерывно, а порциями с периодом около 8 минут. Причины этого до сих пор неясны.

Swift J1357.2, рентгеновская бинарная система, которая регулярно выделяет высокоэнергетические вспышки, состоит из черной дыры, медленно пожирающей близкую звезду. Вещество обреченной звезды попадает во все увеличивающийся диск, окружающий черную дыру, и пополняет его запасы газа и пыли.

Проводя наблюдение за системой, команда ученых заметила необычную вертикальную черту, движущуюся сквозь вещество.

«Впервые мы смогли разглядеть подобную структуру в диске черной дыры; может оказаться, что она присутствует во всех двойных рентгеновских системах в период выброса вещества (вспышки)», говорит Хесус Корраль-Сантана, представляющий Астрофизический Институт Канарских островов (Испания).

Черная дыра, расположенная в Swift J1357.2, является одним из миллионов звездных объектов, населяющих галактику Млечного Пути.

Обладая массой в три раза превышающей солнечную, это чудовище сформировалось, скорее всего, когда одиночная звезда коллапсировала внутрь самой себя. Возникший после этого объект, размеры которого равняются показателям большого города, стал источником сильного гравитационного влияния на близлежащие облака пыли и газа.

Расположенная в созвездии Девы, на расстоянии около 4900 световых лет от Земли, Swift J1357.2 содержит также небольшую попутную звезду, масса которой составляет лишь 25% от массы Солнца. Данная звезда вращается вокруг общего центра массы звездной пары каждые 2,8 часа (один из самых коротких периодов вращения для таких систем).

Черная дыра притягивает к себе вещество попутной звезды (к окружающему ее диску), время от времени испуская потоки рентгеновского излучения, которые и сделали возможной данную находку, говорят ученые.

Корраль-Сантана и его команда сделала сотни оптических снимков системы, используя для этого телескопы Исаака Ньютона и Уильяма Хершеля (оба размещены на Канарских островах). Изучая свет, идущий от диска вращения черной дыры, исследователи заметили периодическое затемнение системы, длящееся иногда на протяжении лишь нескольких секунд.

«Так как период вращения системы составляет лишь 2,8 часа, данные затмения не могут производиться попутной звездой. Они проходят намного быстрее», говорит Корраль- Сантана. «По этой причине их источником должна быть скрытая структура, расположенная очень близко от черной дыры, во внутренней части диска вращения».

Находку можно увидеть лишь во время наблюдения за внешней, оптической частью диска вращения, в не внутри, где поток рентгеновского излучения зарождается. Эмиссия излучения, которая не выявляет признаков периодических видоизменений, в отличие от ее оптического двойника, указывает на существование вертикальной структуры, скрывающейся внутри черной дыры, сообщает Корраль-Сантана.

Структура проявляет себя через все возрастающие отрезки времени, указывая на волнообразный характер движения сквозь вещество диска вращения.

«Это волна, возникающая внутри диска вращения и движущаяся по направлению наружу, подобно камню, брошенному в спокойную воду», говорит Корраль-Сантана.

Волнообразная черта также обеспечивает информацию об ориентации черной дыры.

Космические объекты расположены к Земле под множеством углов (наклонений). За ними можно наблюдать с боковой стороны, лицом к лицу или же где-то посередине. Swift J1357.2 является единственной из 50 потенциальных подобных ей черных дыр, обладающей диском вращения, ориентированным к Земле под углом. Тем не менее, ученые считают, что приблизительно 20% таких систем должны обладать подобной перспективой.

Для рассмотрения волнообразной структуры внутри диска вращения ученые должны располагать такой угловой или близкой к ней ориентацией. Наблюдение под более низким углом, приближенным к прямому, не даст возможности увидеть внезапные подъемы и падения общего светового фона, вырабатываемого системой.

«Swift J1357.2 является примером до сих пор отсутствующей популяции черных дыр с высоким наклоном, расположенных во временных двойных рентгеновских системах», говорит Корраль-Сантана.

Поскольку Swift J1357.2 является первой из систем углового наклона, присутствие вертикальной структуры становится еще более важным. В других подобных системах признаков таких структур обнаружено не было, но причиной этому мог стать плохой угол обзора. Такие структуры могут также существовать и в других временных рентгеновских двойных системах, обнаруженных ранее.

Рентгеновский источник Swift J1357.2 представляет собой типичную двойную систему, состоящую из черной дыры и звезды, медленно ею поглощаемой. Расстояние до системы составляет 4900 световых лет, а период обращения – всего около 2.8 часа, так что звезда массой в четверть солнечной очень быстро отдает свои остатки дыре.

Таких небольших черных дыр (в рассматриваемом случае – около трех солнечных масс) в Млечном пути несколько миллионов и значительная их часть имеет звезду, с которой можно постоянно воровать материю.

Двойная система Swift J1357.2 выделяется среди них тем, что в ней обнаружена странная структура, перемещающаяся по аккреционному диску дыры вертикально. Эта структура вызывает в аккреционном диске резкие падения яркости, длящиеся всего несколько секунд. Это очень малое время даже не на астрономических масштабах, и для материи, движущейся с такой скоростью, нужны экстремальные условия, наблюдаемые максимально близко к дыре. Там и следует исткать источник структур.

Однако в рентгеновском излучении, идущем от горизонта событий, следов структуры найти не удалось, она видна только в оптическом диапазоне, в котором можно видеть только внешние части аккреционного диска. Затемнения оказались не периодическими, а нарастающими со временем, похожими на ударную волну.