Новые результаты, полученные с использованием данных миссии NASA IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), позволили учёным получить беспрецедентное понимание формы и природы корон чёрных дыр. Результаты опубликованы в The Astrophysical Journal.
Корона — это область плазмы, которая является частью потока материи, аккрецирующей на чёрную дыру. Новые результаты впервые раскрывают форму короны и могут помочь понять роль короны в питании чёрных дыр.
Многие чёрные дыры окружены аккреционными дисками, которые представляют собой плотные скопления газа и пыли, вращающиеся вокруг чёрной дыры. Некоторые чёрные дыры также имеют релятивистские струи, выбрасываемые на высокой скорости. Эти струи образуются, когда чёрная дыра активно поглощает материал в своём окружении.
Чёрные дыры, подобно звёздам, также обладают короной, которая представляет собой область плазмы, окружающую чёрную дыру. Корона чёрной дыры горит при температуре, превышающей миллиарды градусов, что намного выше температуры солнечной короны, которая составляет примерно 1,8 миллиона градусов по Фаренгейту.
Ранее астрофизики обнаружили короны среди чёрных дыр звёздной массы и сверхмассивных чёрных дыр, таких как та, что находится в центре галактики Млечный Путь.
«Учёные давно размышляют о составе и геометрии короны. Это сфера над и под чёрной дырой, или атмосфера, созданная аккреционным диском, или, может быть, плазма, расположенная у основания джетов?», — говорит Линн Сааде, научный сотрудник в Центре космических полётов имени Маршалла в Хантсвилле (штат Алабама) и ведущий автор новых результатов.
Миссия IXPE специализируется на рентгеновской поляризации, характеристике света, которая помогает отображать форму и структуру даже самых мощных источников энергии, изучая их механизмы, даже когда объекты слишком малы, ярки или далеки, чтобы наблюдать их напрямую. Так же, можно наблюдать солнечную корону во время полного солнечного затмения, IXPE предоставляет средства для изучения геометрии аккреции чёрной дыры или формы и структуры её аккреционного диска и связанных структур, включая корону.
«Рентгеновская поляризация даёт новый способ изучения геометрии аккреции чёрных дыр. Если геометрия аккреции чёрных дыр одинакова независимо от массы, то мы ожидаем, что то же самое будет справедливо и для их поляризационных свойств», — добавляет Сааде.
IXPE продемонстрировал, что среди всех чёрных дыр, корональные свойства которых можно было измерить напрямую с помощью поляризации, корона оказалась вытянутой в том же направлении, что и аккреционный диск, что впервые дало подсказки относительно формы короны и чёткое доказательство её связи с аккреционным диском.
Исследовательская группа изучила данные наблюдений IXPE за 12 чёрными дырами, среди которых Cygnus X-1 и Cygnus X-3, двойные системы чёрных дыр звёздной массы, расположенные на расстоянии около 7000 и 37000 световых лет от Земли соответственно, а также LMC X-1 и LMC X-3, — чёрные дыры звездной массы в Большом Магеллановом Облаке на расстоянии более 165000 световых лет.
IXPE также обнаружил несколько сверхмассивных чёрных дыр, включая ту, что находится в центре галактики Циркуль (ESO 097-13), в 13 миллионах световых лет от Земли, а также в галактиках NGC 1068 и NGC 4151, на расстоянии 47 миллионов световых лет и почти 62 миллионов световых лет соответственно.
Чёрные дыры звёздной массы обычно имеют массу примерно в 10–30 раз больше массы Солнца, тогда как сверхмассивные чёрные дыры могут иметь массу в миллионы или десятки миллиардов раз больше. Несмотря на эти огромные различия в масштабах, данные IXPE показывают, что оба типа чёрных дыр создают аккреционные диски схожей геометрии.
По словам Сааде, это захватывающие результаты, поскольку они предполагают, что исследования чёрных дыр звездной массы, которые обычно находятся гораздо ближе к Земле, чем их гораздо более массивные «собратья», могут помочь пролить новый свет на свойства сверхмассивных чёрных дыр.
В дальнейшем команда надеется провести дополнительные исследования обоих типов чёрных дыр. Учёные также надеются, что новые результаты миссии IXPE помогут им понять, как чёрные дыры образуются и эволюционируют.