Новая технология позволила выявить неизвестные свойства черной дыры
В ходе длительных исследований группа ученых из Японии и Швеции смогла сделать интереснейшее открытие — они выяснили, каким именно образом гравитация влияет на форму материи вблизи черной дыры в двоичной системе Cygnus X-1. Результаты были опубликованы июльском выпуске Nature Astronomy. Данное исследование призвано увеличить диапазон научных данных о сильной гравитации, эволюции черных дыр и галактик.
В непосредственной близости с центром созвездия Лебедя находится звезда, вращающаяся вокруг черной дыры. Примечательно, что именно эта черная дыра была первой, которую астрономам удалось обнаружить во Вселенной. Вместе они образуют двоичную систему, известную как Cygnus X-1. Эта черная дыра также является одним из самых ярких источников рентгеновского излучения. Однако геометрия материи, которая порождает этот свет, оказалась весьма неопределенной. Исследовательская группа смогла приоткрыть завесу этой тайны с помощью новой методики, обозначенной как рентгеновская поляриметрия.
Сделать снимок черной дыры совсем непросто, так как еще нет технологий позволяющих наблюдать черную дыру непосредственно, ввиду ее способности поглощать свет. Поэтому, вместо того, чтобы наблюдать за самой черной дырой, ученые наблюдают за излучением исходящим от вещества, близкого к черной дыре. В случае с Cygnus X-1 оно исходит от звезды, которая находится на орбите черной дыры.
Большая часть видимого света распространяется во многих направлениях. Однако поляризация фильтрует свет таким образом, что он вибрирует в одном направлении. Это похоже на очки для лыжников с эффектом поляризации, которые позволяют им лучше видеть спуск с горы — фильтр рассеивает свет, отражающийся от снега.
«С интенсивным рентгеновским излучением вокруг черной дыры та же ситуация», — сообщил помощник профессора из Университета Хиросимы, соавтор исследования Хиромицу Такахаси. «Однако даже этот фильтр способно пробивать сильное рентгеновское и гамма-излучение возникающее из-за черной дыры. Для этих лучей нет таких«очков», поэтому нам нужен еще один особый вид технологий для того, чтобы направлять и измерять это рассеяние света».
Для того, чтобы узнать как может выглядеть материя вблизи черной дыры, такой как Cygnus X-1, исследователями было разработано две конкурирующие модели: «ламповый столб» и «расширенная модель». В модели «лампового столба» корона компактна и тесно связана с черной дырой. Фотоны собираются у аккреционного диска, что приводит к более сильному отражению света. В «расширенной модели» корона больше и распространена вокруг самой черной дыры. В этом случае отраженный от диска свет гораздо слабее.
C учетом того, что по факту под воздействием гравитации черной дыры свет мог быть так сильно рассеян как в модели «ламповый столб», команда ученых пришла к выводу, что черная дыра соответствует расширенной модели короны.
Теперь, с помощью этой информации исследователи способны выявить больше характеристик черных дыр. Например ее вращение. Степень вращения может изменить пространство-время, окружающее черную дыру. Также это может быть ключом к раскрытию тайн эволюции черной дыры, так как вращение может как постепенно замедляться в процессе эволюции, так и ускоряться в результате накопления материи.
«Черная дыра в Лебеде — лишь одна из многих», — подвел итог Такахаси. «Мы хотели бы изучить значительно больше черных дыр, близких к центру своих галактик, используя рентгеновскую поляриметрию. Это позволит нам лучше понять эволюцию черных дыр, а также эволюцию галактики, в которой они находятся».
