Поляризованное рентгеновское излучение раскрывает форму и ориентацию сверхгорячей материи вокруг черной дыры

Последние наблюдения исследователей за черной дырой со звездной массой под названием Cygnus X-1 раскрывают новые подробности о конфигурации чрезвычайно горячей материи в области, непосредственно окружающей черную дыру.

Об этом рассказывают в Вашингтонском университете в Сант Луисе, передают OstanniPodii.com.

Когда материю притягивает к черной дыре, она нагревается до миллионов градусов и светится в рентгеновских лучах. Исследователи используют измерения поляризации этих рентгеновских лучей для проверки и уточнения моделей, которые описывают, как черные дыры поглощают материю и при этом становятся одними из самых ярких источников света во Вселенной, включая рентгеновское излучение.

Новые измерения Cygnus X-1, опубликованные 3 ноября в журнале Science (препринт), являются первыми наблюдениями за черной дырой с аккрецией массы, полученными во время миссии Imaging X-Ray Polarimetry Explorer (IXPE) — международного сотрудничества НАСА и Итальянского космического агентства (ASI).

Cygnus X-1 — один из самых ярких рентгеновских источников в нашей галактике, состоящий из черной дыры с массой 21 солнца, которая находится на орбите звезды-компаньона с массой 41 солнца.

«Предыдущие рентгеновские наблюдения за черными дырами измеряли только направление, время прихода и энергию рентгеновских лучей от горячей плазмы, которая спирально движется к черным дырам», - говорит ведущий автор исследования Хенрик Кравчинский, профессор физики факультета искусств и наук имени Веймана Кроу в Вашингтонском университете и научный сотрудник университетского Центра космических наук МакДоннелла. «В дополнение, IXPE измеряет их линейную поляризацию, которая несет информацию о том, как рентгеновские лучи были выпущены — и если, также и где, они рассеиваются от материала вблизи черной дыры».

Никакой свет, даже свет рентгеновских лучей, не может выйти изнутри горизонта событий черной дыры. Рентгеновские лучи, обнаруженные с помощью IXPE, испускаются горячей материей, или плазмой, в области диаметром 2 000 км, окружающей горизонт событий черной дыры диаметром 60 км.

Объединение данных IXPE с одновременными наблюдениями рентгеновских обсерваторий NICER и NuSTAR в мае и июне 2022 года позволило авторам определить геометрию — то есть форму и расположение плазмы.

Исследователи обнаружили, что плазма простирается перпендикулярно двустороннему, карандашеобразному плазменному потоку, или джету, изображенному в более ранних радионаблюдениях. Совпадение направления рентгеновской поляризации и джета убедительно подтверждает гипотезу о том, что процессы в рентгеновской яркой области вблизи черной дыры играют решающую роль в запуске джета.

Новости по подобной теме:

		Астрономы измерили мощность джетов черной дыры, «танцующих» под действием ветров сверхмассивной звезды
		Обнаружена пара сверхмассивных черных дыр перед их слиянием
		Обнаружена сверхмассивная черная дыра, активность которой чрезвычайно быстро угасла

Наблюдения соответствуют моделям, которые предполагают, что корона горячей плазмы либо окружает с двух сторон диск материи, который движется по спирали к черной дыре, либо заменяет внутреннюю часть этого диска. Новые поляризационные данные исключают модели, в которых корона черной дыры представляет собой узкий плазменный столб или конус вдоль оси джета.

Ученые отметили, что лучшее понимание геометрии плазмы вокруг черной дыры может многое рассказать о внутреннем устройстве черных дыр и о том, как они накапливают массу.

«Эти новые сведения позволят улучшить рентгеновские исследования того, как гравитация искривляет пространство и время вблизи черных дыр», - сказал Кравчинский.

Что касается конкретно черной дыры Cygnus X-1, то «наблюдения IXPE показывают, что аккреционный поток виден более на краю, чем считалось ранее», - пояснил соавтор исследования Михал Довчак из Астрономического института Чешской академии наук.

«Это может быть признаком смещения экваториальной плоскости черной дыры и орбитальной плоскости бинара», или парного дуэта черной дыры и ее звезды-компаньона, пояснила соавтор работы Александра Веледина из Университета Турку (Финляндия). «Возможно, система приобрела это смещение, когда звезда-прародитель черной дыры взорвалась».

«В миссии IXPE используют рентгеновские зеркала, изготовленные в Центре космических полетов НАСА имени Маршалла, и приборы для фокальной плоскости, предоставленные совместными усилиями ASI, Национального института астрофизики (INAF) и Национального института ядерной физики», - сказал соавтор Фабио Мулери из INAF-IAPS. «Кроме Cygnus X-1, IXPE используют для изучения широкого спектра экстремальных рентгеновских источников, включая нейтронные звезды с аккрецией, пульсары и туманности пульсарного ветра, остатки сверхновых, наш галактический центр и активные галактические ядра. Мы нашли много сюрпризов, и нам очень весело».

Вторая статья в том же выпуске журнала Science была написана под руководством Роберто Таверны из Университета Падовы и описывает обнаружение IXPE сильно поляризованных рентгеновских лучей от магнетара 4U 0142+61.

«Мы очень рады быть частью этой новой волны научных открытий в астрофизике», - отметил Кравчинский.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.

• Черные дыры