Международное сотрудничество Японии и Швеции помогло прояснить, как гравитация влияет на форму материи возле черной дыры в двойной системе Лебедь Х-1. Результаты их работы, опубликованные в Nature Astronomy в этом месяце, помогут ученым дальше понять физику сильной гравитации и эволюцию черных дыр и галактик.
Рядом с центром созвездия Лебедя находится звезда, вращающаяся вокруг первой черной дыры, обнаруженной во Вселенной. Вместе они образуют двойную систему, известную как Cygnus X-1. Эта черная дыра также является одним из самых ярких источников рентгеновских лучей в небе. Однако геометрия материи, которая порождает этот свет, была неопределенной. Исследовательская группа раскрыла эту информацию, благодаря новой методике рентгеновской поляриметрии.
Сделать снимок черной дыры непросто. Во-первых, черную дыру невозможно увидеть, потому что свет ее покинуть не может. Вместо того, чтобы наблюдать за самой черной дырой, ученые могут наблюдать свет, исходящий из вещества рядом с ней. В случае с Лебедем Х-1 этот свет будет излучать звезда рядом с черной дырой.
Большая часть света, который мы видим, вибрирует во многих направлениях. Поляризация фильтрует свет так, что он будет вибрировать в одном направлении. Это похоже на то, как снежные очки с поляризованными линзами помогают лыжникам увидеть, куда они спускаются с горы, потому что фильтр рассеивает снег, отражающийся от снега.
«То же самое с жесткими рентгеновскими лучами возле черной дыры», говорит соавтор работы Хиромицу Такахаси. «Но в этот фильтр проникают жесткие рентгеновские лучи и гамма-лучи, идущие из черной дыры. От этих лучей никакие очки не спасут, поэтому нам нужен еще один особый прибор для измерения этого рассеяния света».
Команде нужно было выяснить, откуда приходит свет и где рассеивается. Для обоих измерений использовался рентгеновский поляриметр на воздушном шаре PoGO+. Две конкурирующие модели описывают, как выглядит вещество рядом с черной дырой в двойной системе вроде Лебедя Х-1: ламповый столб и расширенная модель. В модели лампового столба корона компактна и тесно связана с черной дырой. Фотоны сгибаются по направлению к аккреционному диску, что приводит к большему отражению света. В расширеннной модели корона больше и распространяется вокруг черной дыры. Отраженный диском свет слабее. Поскольку свет не сильно изгибался в сильной гравитации черной дыры, группа ученых заключила, что черная дыра следует модели расширенной короны.