Чешская группа астрофизиков из Академии наук совершила большой прорыв в понимании поведения черных дыр. В рамках международного сотрудничества ученые опубликовали два исследования, которые дают новое представление о поведении рентгеновских бинарных систем черных дыр. Черная дыра со звездной массой в такой системе притягивает массу своего звездного собрата, формируя вокруг себя так называемый аккреционный диск. На полюсах черной дыры вещество может выходить за пределы системы в виде высокоэнергетических вспышек.
Новое открытие
Существование рентгеновской бинарной системы Swift J1727.8-1613 была неизвестна до августа прошлого года. Темное пятно на небе начало ярко светиться на всех длинах волн и привлекло внимание астрономов всего мира, особенно в рентгеновской области, где в течение нескольких месяцев объект был ярче, чем другой известный источник рентгеновского излучения в нашей галактике - Крабовидная туманность. Внезапные вспышки характерны для бинарных звездных систем, но редко они бывают такими яркими и относительно близкими.
Именно поэтому все крупные рентгеновские обсерватории, включая IXPEсовместный проект НАСА и Итальянского космического агентства. На борту IXPE это специальный телескоп, позволяющий измерять поляризацию рентгеновских лучей. Поляризация определяет количество световых волн, колеблющихся в определенном направлении. Это оказывается ключевым инструментом для понимания процессов, происходящих, например, вблизи черных дыр, которые оказывают сильное гравитационное воздействие на окружающее вещество и излучение. Поляризация помогает прояснить структуру материи вблизи черной дыры.
Изменения в спектрах, сопровождаемые изменениями в поляризации рентгеновского излучения
Первое исследование, проведенное под руководством Иржи Свобода из Института астрономии Чешской академии наук, сосредоточились на резких изменениях в рентгеновской поляризации, наблюдаемых в разных фазах вспышки системы Swift J1727.8-1613 с августа 2023 года по февраль этого года. "Наши исследования показали, что при переходе между жесткими и мягкими спектральными состояниями рентгеновских лучей также происходят значительные изменения поляризации, - объясняет Свобода.
В начальной фазе вспышки доминировала корона, которая является основным источником жесткого рентгеновского излучения в системе. В последующем мягком состоянии, когда наблюдаемое излучение менее энергично, больше рентгеновских фотонов поступает непосредственно из аккреционного диска. Астрономы сначала предложили новые наблюдения, которые затем выявили резкое падение поляризации. Тот факт, что изменения энергетического спектра, то есть его цвета, сопровождаются изменениями поляризации, подтверждает, что структура аккреционного диска и короны существенно меняется во время этой фазы. "Именно поляризация демонстрирует геометрические изменения в распределении массы черных дыр, - отмечает Свобода.
Восстановление состояния поляризации: удивительное открытие
Второе исследование здания Swift J1727.8-1613который возглавлял Якуб Подгорный снова из Института астрономии КАН, занимался восстановлением рентгеновской поляризации после перехода из мягкого состояния в жесткое. Жесткое состояние означает, что излучение от далекого источника гораздо энергичнее. Наблюдаемая двойная вернулась в это состояние в апреле этого года через несколько месяцев, но с яркостью, примерно в 100 раз превышающей яркость первоначальной вспышки в августе 2023 года".Впервые мы наблюдали рентгеновскую поляризацию в бинарной системе при таком переходеговорит Подгорный, добавляя: "Мы обнаружили, что поляризация вернулась к значениям, наблюдавшимся в начальной фазе вспышки для того же источника, что означает, что геометрия короны для этого жесткого состояния существенно не меняется, хотя рентгеновская яркость значительно падает."
Хотя уменьшение рентгеновской яркости было предсказано, полное восстановление состояния поляризации оказалось неожиданным. Это последнее наблюдение источника с IXPE позволяет предположить, что структура короны и диска в бинарных системах после возвращения из мягкого состояния гораздо стабильнее, чем считалось ранее. Поскольку доминирующее направление световых колебаний в этом случае Swift J1727.8-1613 идентично наблюдавшемуся ранее выбросу массы, можно предположить, что горячая плазма в короне снова расширяется в направлении плоскости диска, подобно первоначальному жесткому состоянию высокой яркости.
Важность открытий
Эти результаты представляют собой значительный шаг вперед в нашем понимании того, как черные дыры взаимодействуют с окружающим веществом, и демонстрируют, что рентгеновский поляризационный анализ является идеальным инструментом.. "Дальнейшие наблюдения с IXPE для нескольких источников необходимы для полного определения конфигурации вблизи черных дыр в бинарных системах. Успешная первая кампания наблюдений за Swift J1727.8-1613 в различных состояниях, таким образом, является важнейшим началом новой главы., - заключает он. Михал Довчак из Института астрономии Чешской академии наук, который также участвовал в подготовке публикаций и является руководителем рабочей группы IXPEкоторая занимается именно черными дырами со звездной массой.
Исследования были опубликованы в рецензируемых журналах Письма в Астрофизическом журнале a Астрономия и астрофизика и доступны для просмотра здесь:
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad402e
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/06/aa50566-24/aa50566-24.html
На сайте НАСА: https://www.nasa.gov/missions/ixpe/nasas-ixpe-details-shapes-of-structures-at-newly-discovered-black-hole/
Институт астрономии КАН/ gnews - RoZ
ИЛЛЮСТРАТИВНОЕ ФОТО - pixabay
Russian 
Czech 
English 
Spanish 
French 
Italian 
German