Рентгеновская технология обнаруживает невидимое ранее вещество вокруг черной дыры
Рубрика "В ногу с учёными"
В международном сотрудничестве между Японией и Швецией ученые выяснили, как гравитация влияет на форму материи вблизи черной дыры в двойной системе Cygnus X-1. Их результаты, опубликованные в Nature Astronomy в этом месяце, могут помочь ученым понять физику сильной гравитации, а также эволюцию черных дыр и галактик.
Рисунок художника: аккреционный диск горячей плазмы, вращающийся вокруг чёрной дыры. wiki
Рядом с центром созвездия Лебедя (Cygnus) находится звезда, вращающаяся вокруг первой обнаруженной во Вселенной чёрной дыры. Вместе они образуют бинарную систему, известную как Cygnus X-1. Эта черная дыра также является одним из самых мощных источников рентгеновских лучей на небосклоне. Однако геометрия материи, которая порождает этот свет, была неопределенной. Исследовательская группа раскрыла эту информацию по новой методике, называемой рентгеновской поляриметрией.
Делать снимок черной дыры непросто. Во-первых, нельзя наблюдать черную дыру, потому что свет не может убежать из нее. Вместо того, чтобы наблюдать за самой черной дырой, ученые могут наблюдать лишь свет, исходящий от вещества, близкого к ней. В случае с Cygnus X-1 эта материя исходит от звезды, которая близко вращается вокруг черной дыры.
Почти весь свет, который мы видим, подобно солнцу, колеблется во многих направлениях. Поляризация фильтрует свет так, что он вибрирует в одном направлении. Точно так же, как снежные очки с поляризованными линзами позволяют лыжникам легче видеть во время спуска с горы — они действуют так, что фильтр рассеивает свет, отражающийся от снега.
"Это та же ситуация с интенсивными рентгеновскими лучами вокруг черной дыры", - объясняет помощник профессора Университета Хиросимы и соавтор исследования Хиромицу Такахаси. "Тем не менее, в этот фильтр проникают интенсивные рентгеновские лучи и гамма-лучи, идущие из-за черной дыры. Для этих лучей нет таких "очков", поэтому нам нужен еще один особый вид обработки, чтобы направлять и измерять это рассеивание света".
Команде нужно было выяснить, откуда исходит свет и где он рассеивается. Чтобы сделать оба измерения, они запустили рентгеновский поляриметр на воздушном шаре под названием "PoGO+". Оттуда команда смогла узнать, какая фракция интенсивных рентгеновских лучей отражалась от диска аккреции. Кроме того, учёные определили форму вещества.
Представление двух конкурирующих моделей черных дыр: ламповый столб и расширенная. Черная точка — черная дыра, синим — ее аккреционный диск, а красным — корона. © Fumiya Imazato, Hiroshima University
Две конкурирующие модели описывают, как материя вблизи черной дыры может выглядеть в бинарной системе, такой как Cygnus X-1 — ламповый столб и расширенная модель. В модели лампового столба корона компактна и тесно связана с черной дырой. Фотоны сгибаются к аккреционному диску, что приводит к более отраженному свету. В расширенной модели корона имеет больший размер и распространяется вокруг черной дыры. В этом случае отраженный свет на диске слабее.
Поскольку свет не изгибался настолько под сильной гравитацией черной дыры, команда пришла к выводу о том, что черная дыра соответствует расширенной модели короны.
С помощью этой информации исследователи могут раскрыть больше характеристик черных дыр. Одним из примеров является ее вращение. Эффект спина может изменить пространство-время, окружающее черную дыру. Вращение может также дать ключ к эволюции черной дыры. Она может замедляться с начала образования Вселенной или накапливать материю и вращаться быстрее.
"Черная дыра в Лебеде - одна из многих", - сказал Такахаси. "Мы хотели бы изучить больше черных дыр, используя рентгеновскую поляриметрию, на подобии тех, которые ближе к центру галактик. Возможно, мы лучше поймем эволюцию черных дыр, а также эволюцию галактики".
@vako для @vp-cosmos
Вычитка ФилФак