Рентгеновская технология обнаружила ранее не видимую материю вокруг черной дыры

Ученые, работающие в международном шведско-японском проекте, прояснили, как гравитация воздействует на форму материи вблизи черной дыры в двойной системе Лебедь X-1. Их обнаружения, опубликованные в журнале Nature Astronomy ранее в этом месяце, могут помочь в дальнейшем понимании физики сильной гравитации и эволюции черных дыр и галактик.
 

Близ центра созвездия Лебедя находится звезда, обращающаяся вокруг первой обнаруженной людьми черной дыры. Вместе они составляют двойную систему, известную, как Лебедь X-1. Эта черная дыра также является самым ярким источником рентгеновского излучения в небе. Однако ранее было неизвестно, какова геометрия материи, создающей такое свечение. Команда исследователей смогла узнать это с помощью новой технологии рентгеновской поляриметрии.

Сделать снимок черной дыры очень сложно. С одной стороны, на данный момент эти объекты невозможно наблюдать из-за того, что их не может покинуть свет. В то же время, вместо того, чтобы обозревать непосредственно саму черную дыру, ученые смотрят на свет, исходящий от материи, окружающей ее. В случае с Лебедь X-1, эта материя исходит от звезды, очень близко обращающейся вокруг черной дыры.

Большая часть света, который мы видим, вроде солнечного, вибрирует во многих направлениях. Поляризация фильтрует свет так, чтобы он вибрировал только в одном направлении. Именно таким образом снежные очки позволяют лыжникам лучше видеть, куда они спускаются по горе – фильтр «отсекает» свет, отражающийся от снега.

«Это такая же ситуация, как и с жестким рентгеновским излучением вокруг черной дыры, – говорит доцент Университета Хиросимы и соавтор исследования Хиромицу Такахаши, – однако, жесткое рентгеновское излучение и гамма-лучи, исходящие из области черной дыры проникают в этот фильтр. Не существует специальных «очков» для этих лучей, так что нам необходимо другое специальное средство для направления и измерения этого рассеивающегося света».

Команде требовалось определить, откуда исходит свет и как он распределяется. Для осуществления обоих измерений они запустили рентгеновский поляриметр на шаре PoGO+.Таким образом, команда смога получить данные о том, какая часть жесткого рентгеновского излучения отражается от аккреционного диска, и определить форму материи.

Две соперничающие модели описывают, как может выглядеть материя вблизи черной дыры в двойной системе, вроде Лебедь X-1: «ламповая» и расширенная. В ламповой, корона компактна и находится очень близко к объекту. Фотоны изгибаются по направлению к аккреционному диску, что создает больше отражаемого света. В расширенной модели корона больше и распределена по окрестностям черной дыры. В этом случае отражаемый диском свет слабее.

Так как свет не столь сильно изгибается мощной гравитацией черной дыры, команда пришла к выводу, что она подходит под расширенную модель короны.

Имея эту информацию, исследователи могут узнать больше характеристик черных дыр, чем было известно до сего момента. Один из примеров – вращение. Эффекты вращения могут изменять пространство-время вокруг черной дыры. Вращение также может предоставить подсказки об эволюции объекта. Черная дыра может замедляться с начала Вселенной или же она может накапливать материю и вращаться быстрее.

«Черная дыра в Лебеде – одна из многих, – говорит Такахаши, – мы бы хотели изучить больше черных дыр при помощи рентгеновской поляриметрии, вроде тех, что находятся в центрах галактик. Возможно, мы сможем лучше понять эволюцию черных дыр, а также эволюцию галактик».