На этом изображении материала, вращающегося вокруг черной дыры, подчеркивается особая особенность, называемая «короной», которая ярко светится в рентгеновском свете. На этом изображении корона видна как фиолетовая дымка, плавающая над нижележащим аккреционным диском и немного выступающая за его внутренний край. Материал внутреннего аккреционного диска невероятно горячий и светится ослепляющим сине-белым светом, но здесь яркость уменьшена, чтобы выделить корону с большей контрастностью. Его фиолетовый цвет предназначен только для иллюстративных целей и представляет собой рентгеновский свет, который не виден в видимом свете. Деформация диска — это реалистичное представление того, как огромная гравитация черной дыры действует как оптическая линза, искажая наше представление о плоском диске, который ее окружает. Изображение предоставлено: НАСА/Калифорнийский технологический институт-IPAC/Роберт Хёрт
Новые результаты, полученные с использованием данных миссии NASA Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), дают беспрецедентное понимание формы и природы структуры, важной для черных дыр, называемой короной. Результаты опубликованы в Astrophysical Journal.
Корона — это перемещающаяся область плазмы, которая является частью потока вещества на черную дыру и о которой у ученых есть только теоретическое представление. Новые результаты впервые раскрывают форму короны и могут помочь ученым понять роль короны в питании и поддержании черных дыр.
Многие черные дыры, названные так потому, что даже свет не может избежать их гигантской гравитации, окружены аккреционными дисками или газовыми вихрями, усеянными обломками. У некоторых черных дыр также есть релятивистские джеты — чрезвычайно мощные всплески материи, выбрасываемые в космос на высоких скоростях из черных дыр, которые активно поедают материал в своем окружении.
Менее известно то, что черные дыры, такие как Солнце Земли и другие звезды, также имеют перегретую корону. В то время как солнечная корона, самая внешняя атмосфера звезды, имеет температуру около 1,8 миллиона градусов по Фаренгейту, температура короны черной дыры оценивается в миллиарды градусов.
Астрофизики ранее идентифицировали короны между черными дырами звездной массы, образовавшимися в результате коллапса звезды, и сверхмассивными черными дырами, подобными той, что находится в центре Млечного Пути.
«Ученые уже давно размышляют о структуре и геометрии короны», — сказала Линн Сааде, научный сотрудник Центра космических полетов имени Маршалла НАСА в Хантсвилле, штат Алабама, и ведущий автор новых результатов. «Это сфера над и под черной дырой, или атмосфера, созданная аккреционным диском, или, возможно, плазма в основании джетов?»
Войдите в IXPE, которая специализируется на поляризации рентгеновских лучей, свойстве света, которое помогает отображать форму и структуру даже самых мощных источников энергии, освещая их внутреннюю работу, даже когда объекты слишком малы, слишком яркие или слишком далеки. чтобы иметь возможность видеть их напрямую. Точно так же, как мы можем безопасно наблюдать солнечную корону во время полного солнечного затмения, IXPE дает возможность четко изучить геометрию аккреции черной дыры или форму и структуру ее аккреционного диска и связанных с ним структур, включая корону.
«Рентгеновская поляризация предлагает новый способ изучения геометрии аккреции черных дыр», — сказал Сааде. «Если геометрия аккреции черных дыр одинакова независимо от их массы, мы ожидаем, что их поляризационные свойства тоже будут схожими».
IXPE показал, что для всех черных дыр, корональные свойства которых можно измерить непосредственно с помощью поляризации, корона простирается в том же направлении, что и аккреционный диск, что впервые дает ключ к разгадке формы короны и четкое доказательство ее связи с аккреционным диском. диск . Результаты исключают возможность того, что корона имеет форму фонарного столба, парящего над диском.
Исследовательская группа изучила данные наблюдений IXPE за 12 черными дырами, в том числе Лебедем X-1 и Лебедем LMC X-3, черными дырами звездной массы в Большом Магеллановом Облаке, находящимся на расстоянии более 165 000 световых лет от нас.
IXPE также наблюдал ряд сверхмассивных черных дыр, в том числе одну в центре галактики Циркуль, на расстоянии 13 миллионов световых лет от Земли, а также в галактиках NGC 1068 и NGC 4151, на расстоянии 47 миллионов световых лет и почти 62 миллионах световых лет от Земли. на расстоянии световых лет или
Черные дыры звездной массы обычно имеют массу примерно в 10–30 раз больше массы Солнца Земли, в то время как сверхмассивные черные дыры могут иметь массу в миллионы-десятки миллиардов раз больше. Несмотря на эти большие различия в размерах, данные IXPE предполагают, что оба типа черных дыр создают аккреционные диски со схожей геометрией.
Это удивительно, говорит астрофизик Маршалла Филип Кааре, главный исследователь миссии IXPE, потому что способы питания этих двух видов совершенно разные.
«Чёрные дыры со спиральной массой крадут массу у своих звёзд-компаньонов, в то время как сверхмассивные чёрные дыры пожирают всё вокруг себя», — сказал он. «Тем не менее, механизм аккреции работает примерно таким же образом».
По словам Сааде, это захватывающая перспектива, поскольку она предполагает, что исследования черных дыр звездной массы, которые обычно находятся гораздо ближе к Земле, чем их гораздо более массивные собратья, также могут помочь пролить новый свет на свойства сверхмассивных. отверстия.
Далее команда надеется провести дополнительные исследования обоих видов.
Сааде считает, что благодаря рентгеновским исследованиям этих гигантов можно узнать гораздо больше.
«IXPE предоставила рентгеновской астрономии первую за долгое время возможность раскрыть основные процессы аккреции и получить новое представление о черных дырах», — сказала она.
