Международная группа астрономов, используя рентгеновский поляриметр NASA IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), поставила под сомнение наше понимание того, что происходит с материей в непосредственной близости от чёрной дыры.
Что такое IXPE?
С помощью IXPE астрономы могут изучать поступающие рентгеновские лучи и измерять поляризацию — свойство света, описывающее направление его электрического поля. Степень поляризации показывает, насколько согласованы вибрации света друг с другом.
Новые измерения
В апреле астрономы использовали IXPE для измерения степени поляризации 9,1% для чёрной дыры IGR J17091-3624, что значительно выше ожидаемого на основе теоретических моделей.
«Чёрная дыра IGR J17091-3624 — это необычный источник, который тускнеет и становится ярче с периодичностью, напоминающей сердцебиение, и NASA’s IXPE позволил нам измерить этот уникальный источник совершенно новым способом», — сказала Мелисса Юинг, ведущий автор исследования, опубликованного в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества».
Аккреционные диски и короны
В системах рентгеновских двойников чрезвычайно плотный объект, например чёрная дыра, притягивает материю от близлежащего источника, чаще всего соседней звезды. Материя начинает закручиваться, образуя вращающуюся структуру, известную как аккреционный диск.
Корона, расположенная во внутренней области этого аккреционного диска, может достигать экстремальных температур до 1,8 миллиарда градусов по Фаренгейту и излучать очень яркие рентгеновские лучи. Эти ультрагорячие короны ответственны за одни из самых ярких рентгеновских источников на небе.
Несмотря на яркость короны в IGR J17091-3624, которая находится примерно в 28 000 световых годах от Земли, она остаётся слишком маленькой и далёкой, чтобы астрономы могли получить её изображение.
«Обычно высокая степень поляризации соответствует виду короны с ребра. Корона должна быть идеально сформирована и наблюдаться под правильным углом, чтобы достичь такого измерения», — сказал Джорджо Мэтт, профессор Университета Тре в Италии и соавтор статьи.
Объяснение высокой степени поляризации
Исследователи изучили различные модели, чтобы объяснить высокую степень поляризации. В одной модели астрономы включили «ветер» материи, поднятой из аккреционного диска и выброшенной из системы, — редко наблюдаемое явление. Если рентгеновские лучи из короны встречаются с этой материей на пути к IXPE, происходит комптоновское рассеяние, приводящее к таким измерениям.
«Эти ветры — один из наиболее важных недостающих элементов для понимания роста всех типов чёрных дыр», — сказал Максим Парра, который руководил наблюдением и работает над этой темой в Университете Эхиме в Мацуяме, Япония.
Другая модель предполагает, что плазма в короне может демонстрировать очень быстрый отток. Если плазма движется со скоростью до 20% скорости света, или примерно 124 миллиона миль в час, релятивистские эффекты могут повысить наблюдаемую поляризацию.
В обоих случаях моделирование может воспроизвести наблюдаемую поляризацию без очень специфического вида с ребра. Исследователи продолжат моделировать и проверять свои прогнозы, чтобы лучше понять высокую степень поляризации для будущих исследований.
Предоставлено NASA.