Поляризация ее рентгеновского излучения необычайно высока — и в то же время оно пульсирует.
Наблюдения с помощью спутника IXPE за черной дырой IGR J17091-3624 поставили под сомнение представления о состоянии материи в окрестностях таких экстремальных объектов.
Аппарат НАСА IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) предназначен для измерения поляризации рентгеновских лучей. По этому параметру можно определить расположение короны — области чрезвычайно горячей намагниченной плазмы, окружающей черную дыру, — и понять, как она генерирует рентген.
В апреле астрономы применили IXPE для измерения степени поляризации черной дыры IGR J17091-3624. Она составила 9,1% — гораздо выше, чем предсказывают теоретические модели.
«Черная дыра IGR J17091-3624 — это уникальный объект, яркость которого меняется, словно сердцебиение. Благодаря IXPE мы смогли измерить этот источник совершенно новым способом», — сказала руководительница исследования Мелисса Юинг из Ньюкаслского университета в Англии.
В рентгеновских двойных системах черная дыра перетягивает вещество с соседней звезды. Падая, оно образует вращающийся аккреционный диск. Корона, расположенная во внутренней области диска, может нагреваться до экстремальных температур — до миллиарда градусов по Цельсию — и излучать мощные рентгеновские лучи. Такие сверхгорячие короны ярко сияют в рентгеновском диапазоне.
Но сколь бы яркой ни была корона IGR J17091-3624, она слишком далека, чтобы получить ее детальное изображение — примерно 28 000 световых лет от Земли.
«Обычно высокая степень поляризации соответствует наблюдению короны почти с ребра. Для таких измерений корона должна иметь идеальную форму, а угол наблюдения — быть строго определенным. Пока что ученые не могут объяснить характер изменения яркости, но это может стать ключом к пониманию данного класса черных дыр», — пояснил профессор Джорджио Матт из Третьего Римского университета, соавтор исследования.
Звезда-компаньон этой черной дыры недостаточно яркая, чтобы напрямую определить угол наблюдения системы. Однако необычные колебания яркости, зафиксированные IXPE, позволяют предположить, что аккреционный диск не «смотрит на нас ребром», но и не направлен «анфас» — а наклонен под углом 40–70°.
Исследователи рассмотрели несколько гипотез, объясняющих высокую степень поляризации.
По одной из них, в системе присутствует «ветер» — поток вещества, вырывающийся из аккреционного диска и улетающий прочь. Это редкое явление. Если рентгеновские лучи от короны сталкиваются с этим веществом на пути к IXPE, возникает комптоновское рассеяние, что и приводит к наблюдаемым результатам.
«Эти ветры — одно из самых важных недостающих звеньев в понимании роста черных дыр всех типов. В будущем астрономы могут обнаружить еще более удивительные значения степени поляризации», — считает Максим Парра, руководивший наблюдениями в Университете Эхиме в Японии.
Другая модель предполагает очень высокую скорость движения плазмы в короне. Если она достигает 20% от световой, релятивистские эффекты могут усилить наблюдаемую поляризацию.
В обоих случаях симуляции позволили воспроизвести наблюдаемую поляризацию без необходимости строго «реберного» угла наблюдения. Ученые продолжат моделирование и проверку гипотез.