На этом изображении показан космический аппарат НАСА Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), наблюдающий за недавно открытой двойной звездной системой Swift J1727.8-1613 с расстояния (внизу слева). В центре находится черная дыра, окруженная аккреционным диском (показана желтым и оранжевым цветом) и горячей движущейся короной (показана синим цветом). Черная дыра высасывает газ из своей звезды-компаньона, которая выглядит как красный шар позади черной дыры. Струи быстро движущихся перегретых частиц вылетают с обоих полюсов черной дыры. Фото предоставлено: Мари Новотна
IXPE НАСА (Визуализация
Черная дыра звездной массы, входящая в двойную звездную систему Swift J1727.8-1613, была обнаружена летом 2023 года во время необычного увеличения яркости, из-за которого она на короткое время затмила почти все другие источники рентгеновского излучения. Это первый в своем роде объект, наблюдаемый IXPE, когда он проходит через начало, пик и конец такого рентгеновского всплеска.
Swift J1727 является предметом серии новых исследований, опубликованных в журналах The Astrophysical Journal Letters, The Astrophysical Journal и Astronomy & Astrophysicals. Ученые говорят, что результаты дают новое понимание поведения и эволюции рентгеновских двойных систем черных дыр.
«Этот всплеск развивался невероятно быстро», — сказала астрофизик Александра Веледина, научный сотрудник Университета Турку, Финляндия. «С момента нашего первоначального обнаружения вспышки Swift J1727 потребовалось всего несколько дней, чтобы достичь своего пика. К этому моменту IXPE и многие другие телескопы и инструменты уже собирали данные. Было интересно наблюдать за извержением, пока оно не прекратилось».
До конца 2023 года Swift J1727 на короткое время оставалась ярче Крабовидной туманности, стандартной рентгеновской свечи, служившей базовой линией для единиц рентгеновской яркости. Подобные вспышки нередки в двойных звездных системах, но редко они происходят так ярко и так близко к дому — всего в 8800 световых годах от Земли. Двойная звездная система была названа в честь миссии Swift Gamma-ray Burst, которая впервые обнаружила всплеск с помощью своего телескопа Burst Alert 24 августа 2023 года, что привело к открытию черной дыры.
Рентгеновские двойные системы обычно включают две звезды, находящиеся близко друг к другу на разных стадиях своего жизненного цикла. Когда у старой звезды заканчивается топливо, она взрывается сверхновой, оставляя после себя нейтронную звезду, белого карлика или черную дыру.
В случае Swift J1727 сильная гравитация образовавшейся черной дыры отделила материал от звезды-компаньона, нагрев материал до более чем 1,8 миллиона градусов по Фаренгейту и вызвав мощный всплеск рентгеновского излучения. Это вещество образовало аккреционный диск и может содержать перегретую корону. Материя также может выйти из двойной звездной системы в виде релятивистских струй на полюсах черной дыры.
IXPE, который помог НАСА и исследователям изучить все эти явления, специализируется на поляризации рентгеновских лучей, свойстве света, которое помогает визуализировать форму и структуру таких чрезвычайно мощных источников энергии и освещать их внутреннюю работу, даже когда они закрыты. далеко, чтобы мы могли видеть это напрямую.
«Поскольку свет сам по себе не может преодолеть гравитацию, 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 на базе IXPE, проведенные Велединой и Адамом Инграмом, исследователем из Университета Ньюкасла в Ньюкасл-апон-Тайн, Англия, были сосредоточены на ранних стадиях вспышки. В течение тех коротких месяцев, когда источник становился исключительно ярким, корона была основным источником наблюдаемого рентгеновского излучения.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте ежедневные или еженедельные новости о прорывах, инновациях и важных результатах исследований.
«IXPE зафиксировала поляризацию рентгеновских лучей, распространяющихся вдоль предполагаемого направления струи черной дыры, заставляющую горячую плазму расширяться в плоскости аккреционного диска», — сказала Веледина. «Аналогичные результаты были получены в двойной системе устойчивых черных дыр Лебедя.
Команда также следила за тем, как менялись значения поляризации во время пикового всплеска Swift J1727. Эти выводы согласовывались с данными, полученными в то же время при исследовании других энергетических диапазонов электромагнитного излучения.
Третье и четвертое исследование, проведенное исследователями Иржи Свободой и Якубом Подгорным из Чешской академии наук в Праге, было сосредоточено на поляризации рентгеновского излучения во второй части вспышки Swift J1727 и ее возвращении в высокоэнергетическое состояние через несколько несколько месяцев спустя. За предыдущие усилия Подгорного по использованию данных IXPE и моделирования черных дыр он недавно был удостоен высшей национальной премии Чешской Республики за докторскую степень. Дипломная работа по естественным наукам.
Данные о поляризации показали, что геометрия короны существенно не изменилась между началом и концом вспышки, хотя система тем временем развивалась, и яркость рентгеновских лучей резко уменьшалась в более позднем энергетическом состоянии.
Результаты представляют собой значительный прогресс в нашем понимании изменения формы и структуры аккреционных дисков, короны и связанных с ними структур черных дыр в целом. Исследования также демонстрируют ценность IXPE как инструмента для определения связи всех этих элементов. системы, а также ее потенциал сотрудничества с другими обсерваториями для мониторинга внезапных, драматических изменений в космосе.
«Необходимы дальнейшие наблюдения материи вблизи черных дыр в двойных звездных системах, но успешная первая кампания по наблюдению Swift J1727.8–1613 в разных состояниях — лучшее начало новой главы, которую мы можем себе представить», — сказал Михал Довчак, компания -автор Он является членом серии статей и руководителем рабочей группы IXPE по черным дырам звездной массы, который также проводит исследования в Чешской академии наук.
