Чехи участвовали в выявлении формы и ориентации чрезвычайно горячей материи вокруг черной дыры

Когда материя падает в черную дыру, она нагревается до миллионов градусов, этот горячий газ испускает рентгеновские лучи.

Ученые используют измерения поляризации этих рентгеновских лучей для проверки и улучшения существующих моделей, описывающих, как черные дыры поглощают материю и становятся одними из самых ярких источников рентгеновских лучей во Вселенной.

Новые измерения Лебедя X-1, опубликованные в четверг в журнале Science, представляют собой первые в истории подобные наблюдения черной дыры, всасывающей материю. Снимок был сделан с помощью Imaging X-Ray Polarimetry Explorer (IXPE), международной миссии НАСА и итальянского космического агентства ASI.

Система Cygnus X-1 — один из самых ярких источников рентгеновского излучения в нашей Галактике, напоминает НАСА. Он состоит из черной дыры с массой в 21 раз больше массы Солнца, вращающейся вокруг звезды-компаньона с массой в 41 раз больше массы Солнца.

«Предыдущие рентгеновские наблюдения черных дыр измеряли только энергию, направление и время прихода рентгеновских лучей от горячей плазмы, спиралевидно вращающейся в черную дыру», — сказал ведущий автор исследования Хенрик Кравчински, профессор физики Вашингтонского университета в Сент-Луисе. . Луи и член Университетского центра космических наук Макдоннелла.

«IXPE также измеряет их линейную поляризацию, которая несет информацию о том, как испускались рентгеновские лучи, как они выглядели и где они отражались от материала вблизи черной дыры», — добавил он.

Ни свет, ни даже рентгеновские лучи не выходят из-под так называемого горизонта событий черной дыры. Рентгеновское излучение, обнаруженное IXPE, испускается горячим веществом или плазмой в области диаметром две тысячи километров вокруг 60-километрового горизонта событий черной дыры.

Объединение данных IXPE с одновременными рентгеновскими наблюдениями с зондов НАСА NICER и NuSTAR в мае и июне этого года позволило авторам определить расположение, то есть форму и положение плазмы вокруг черной дыры в Лебеде X-1.

Исследователи обнаружили, что плазма расширяется перпендикулярно двусторонней узкой плазменной струе, так называемой струе. Совпадение направления поляризации рентгеновского излучения с направлением джета убедительно подтверждает гипотезу о том, что процессы в яркой в ​​рентгеновском диапазоне области вблизи черной дыры играют существенную роль в запуске этих джетов.

Наблюдения согласуются с моделями, которые предсказывают, что так называемая корона горячей плазмы либо заменяет внутреннюю часть диска материи, спиралевидно приближающуюся к черной дыре, либо окружает диск «как бутерброд».

Лучшее понимание структуры плазмы вокруг черной дыры может многое рассказать о том, как черные дыры сближают материю. «Эти новые виды позволят улучшить рентгеновские исследования того, как гравитация искривляет пространство и время вокруг черных дыр», — отметил Кравчински.

«Наблюдения IXPE показывают, что поток материи, обтекающий черную дыру, виден больше со стороны, чем считалось ранее», — пояснил соавтор исследования Михал Довчак из Астрономического института Академии наук Чешской Республики.

«Это может быть признаком несоответствия между ориентацией вращения черной дыры и всей двойной системы», — добавила соавтор исследования Александра Велединова из Университета Турку, Финляндия. «Эта другая ориентация могла быть получена системой, когда взорвался звездный прародитель нынешней черной дыры».

Вклад чешской команды в открытие:

• создание уникальных моделей по данным рентгеновской поляриметрии
• анализ и интерпретация измеренных спектральных и поляризационных данных
• планирование наблюдений со спутниками IXPE, NICER и NuSTAR
• имитация наблюдения для оценки продолжительности экспозиции при его подготовке