|
Формы структур в недавно открытой черной дыре
|
|
|
|
Программа НАСА IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) помогла астрономам лучше понять формы структур, характерных для черной дыры, в частности, диска из вещества, вращающегося вокруг нее, и смещающейся области плазмы, называемой короной.
|
|
|
|
Черная дыра звездной массы, входящая в двойную систему Swift J1727.8-1613, была обнаружена летом 2023 года во время необычного явления яркости, которое на короткое время заставило ее затмить почти все другие источники рентгеновского излучения. Это первый в своем роде объект, который IXPE наблюдал за началом, пиком и завершением подобной рентгеновской вспышки.
|
|
|
|
Swift J1727 стал предметом серии новых исследований, опубликованных в Astrophysical Journal Letters, The Astrophysical Journal и Astronomy & Astrophysics. Ученые говорят, что полученные результаты дают новое представление о поведении и эволюции двойных рентгеновских систем черных дыр.
|
|
|
|
"Эта вспышка произошла невероятно быстро", - сказала астрофизик Александра Веледина, постоянный исследователь из Университета Турку, Финляндия. "С момента нашего первого обнаружения вспышки Swift J1727 потребовалось всего несколько дней, чтобы достичь своего пика. К тому времени IXPE и множество других телескопов и инструментов уже собирали данные. Было захватывающе наблюдать за вспышкой на протяжении всего периода ее восстановления в неактивном состоянии."
|
|
|
|
|
|
|
До конца 2023 года Swift J1727 ненадолго оставалась ярче Крабовидной туманности, стандартной рентгеновской "свечи", которая использовалась для определения базовой величины яркости рентгеновского излучения. Такие вспышки не являются чем—то необычным среди двойных звездных систем, но они редко происходят так ярко и так близко к дому - всего в 8800 световых годах от Земли. Двойная система была названа в честь миссии Swift по исследованию гамма-всплесков, которая впервые обнаружила вспышку с помощью телескопа Burst Alert 24 августа 2023 года, в результате чего была обнаружена черная дыра.
|
|
|
|
Рентгеновские двойные системы обычно состоят из двух звезд, находящихся в непосредственной близости друг от друга на разных стадиях своего жизненного цикла. Когда у старшей звезды заканчивается топливо, она взрывается как сверхновая, оставляя после себя нейтронную звезду, белого карлика или черную дыру.
|
|
|
|
В случае Swift J1727 мощная гравитация образовавшейся черной дыры отбирала материал у ее звезды-компаньона, нагревая его более чем до 1,8 миллиона градусов по Фаренгейту и производя огромное количество рентгеновских лучей. Это вещество сформировало аккреционный диск и может включать в себя перегретую корону. На полюсах черной дыры вещество также может выходить из двойной системы в виде релятивистских струй.
|
|
|
|
Компания IXPE, которая помогла НАСА и исследователям изучить все эти явления, специализируется на поляризации рентгеновских лучей - характеристике света, которая помогает составить карту формы и структуры таких сверхмощных источников энергии, освещая их внутреннюю работу, даже когда они находятся слишком далеко, чтобы мы могли видеть их непосредственно.
|
|
|
|
"Поскольку свет сам по себе не может преодолеть их притяжение, мы не можем видеть черные дыры", - сказала Веледина. "Мы можем только наблюдать за тем, что происходит вокруг них, и делать выводы о механизмах и процессах, которые там происходят. IXPE имеет решающее значение для этой работы".
|
|
|
|
Два исследования Swift J1727, проведенных на основе IXPE под руководством Веледины и Адама Ингрэма, исследователя из Ньюкаслского университета в Ньюкасл-апон-Тайне, Англия, были посвящены первым фазам вспышки. В течение короткого периода в несколько месяцев, когда источник становился исключительно ярким, корона была основным источником наблюдаемого рентгеновского излучения.
|
|
|
|
"IXPE зафиксировала поляризацию рентгеновского излучения, распространяющегося вдоль предполагаемого направления струи черной дыры, следовательно, горячая плазма распространяется в плоскости аккреционного диска", - сказала Веледина. "Аналогичные результаты были получены в случае двойной черной дыры Cygnus X-1, так что это открытие помогает подтвердить, что геометрия такой же, как и у короткоживущих эруптивных систем".
|
|
|
|
Команда продолжила наблюдение за изменением значений поляризации во время пикового выброса Swift J1727. Эти выводы совпали с результатами, одновременно полученными в ходе исследований других энергетических диапазонов электромагнитного излучения.
|
|
|
|
Третье и четвертое исследования, проведенные исследователями Иржи Свободой и Якубом Подгорным из Чешской академии наук в Праге, были сосредоточены на поляризации рентгеновского излучения во время второй фазы вспышки Swift J1727 и ее возвращении в высокоэнергетическое состояние несколько месяцев спустя. За предыдущие работы Подгорного с использованием данных IXPE и моделирования черных дыр он недавно был удостоен высшей национальной премии Чешской Республики за докторскую диссертацию в области естественных наук.
|
|
|
|
Поляризационные данные показали, что геометрия короны существенно не изменилась между началом и концом вспышки, несмотря на то, что за это время система эволюционировала и яркость рентгеновского излучения резко снизилась в более позднем энергетическом состоянии.
|
|
|
|
Полученные результаты представляют собой значительный шаг вперед в нашем понимании меняющихся форм и структур аккреционного диска, короны и связанных с ними структур черных дыр в целом. Исследования также демонстрируют ценность IXPE как инструмента для определения того, как связаны все эти элементы системы, а также ее потенциал для сотрудничества с другими обсерваториями для мониторинга внезапных, драматических изменений в космосе.
|
|
|
|
"Необходимы дальнейшие наблюдения вещества вблизи черных дыр в двойных системах, но успешная первая кампания по наблюдению за Swift J1727.8-1613 в разных состояниях - это лучшее начало новой главы, которую мы могли себе представить", - сказал Михал Довчяк, соавтор серии статей и руководитель рабочей группы IXPE о черных дырах звездной массы, который также проводит исследования в Чешской академии наук.
|
|
|
|
Источник
|
