Рентгеновская обсерватория NASA IXPE раскрыла тайну короны чёрных дыр

Главная трудность в изучении чёрных дыр лежит на поверхности — их банально не видно в телескоп. Изучать эти невидимые объекты можно только по косвенным наблюдениям, для чего идеальным случаем являются двойные звёздные системы. Рано или поздно одна из звёзд взрывается и сверхновая превращается в чёрную дыру (что происходит не всегда, но довольно часто). После этого чёрная дыра начинает поглощать вещество соседки и эти процессы легко обнаружить и оценить.

Источник изображения: NASA/CXC/M. Weiss

К настоящему времени у астрофизиков есть довольно точные модели эволюции чёрных дыр. Тем не менее, точность в астрофизике — это понятие очень и очень относительное. Остаются детали, которые ускользают от понимания учёных. Прояснить нюансы призваны новые научные инструменты и, в частности, новая космическая рентгеновская обсерватория NASA Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), которая приступила к научной работе в январе текущего года.

К достоинствам обсерватории IXPE следует отнести способность определять поляризацию рентгеновского излучения. Эта информация позволяет сделать выводы о том, как оно формируется и распространяется. Анализ этих данных даёт понять, как материальное вещество ведёт себя вблизи чёрной дыры и сделать выводы о физической картине процессов во всём её многообразии.

В свежей научной статье в журнале Science учёные сообщили, что на основе архивных данных наблюдений NASA NuSTAR и эксперимента NICER на борту Международной космической станции новые наблюдения обсерватории IXPE пролили свет на поведение вещества в районе чёрной дыры в созвездии Лебедя (Cygnus X-1). Астрономы смогли обнаружить корону из плазмы вокруг чёрной дыры в двойной системе Cygnus X-1 и благодаря оценке поляризации выяснить её пространственную ориентацию.

Обнаружилось, что корона распространяется на 2000 км от горизонта событий чёрной дыры. Удивительно, но корона несколько наклонена к аккреационному диску — веществу, вырванному силой её гравитации из звезды-партнёра. Это также означает, что корона чёрной дыры имеет наклон по отношению к орбите звезды-партнёра. Учёные предположили, что корона сместилась в процессе взрыва сверхновой, что изменило угол её наклона. Процесс взаимодействия плазменной короны и аккреационного диска до конца не понятен. Корона либо располагается выше вещества, которое затягивается в чёрную дыру (бутербродом), либо расположена непосредственно в нём.

Также новые наблюдения подтвердили, что джеты — выбросы вещества из полюсов чёрной дыры (они хорошо видны в радиодиапазоне) — перпендикулярны аккреационному диску и, по всей видимости, являются прямым процессом поглощения вещества дырой. Учёным хорошо знаком этот объект — чёрная дыра Cygnus X-1 имеет 21 солнечную массу, а звезда-компаньон — 41 звёздную массу. Уточнённые данные позволяют в деталях оценить процессы перетекания массы звезды в чёрную дыру и устранить ряд белых пятен в понимании эволюции этих объектов.