Międzynarodowa współpraca między Japonią a Szwecją pomogła wyjaśnić, jak grawitacja wpływa na kształt materii wokół czarnej dziury w układzie podwójnym Cygnus X-1. Odkrycia, opublikowane w tym miesiącu w Nature Astronomy, pomogą naukowcom w dalszym zrozumieniu fizyki silnej grawitacji oraz ewolucji czarnych dziur i galaktyk.
W pobliżu środka konstelacji Łabędzia znajduje się gwiazda krążąca wokół pierwszej czarnej dziury znalezionej we wszechświecie. Razem tworzą system binarny znany jako Cygnus X-1. Ta czarna dziura jest również jednym z najjaśniejszych źródeł promieniowania rentgenowskiego na niebie. Jednak geometria materii, która generuje to światło, była niepewna. Zespół badawczy ujawnił te informacje dzięki nowej technice polarymetrii rentgenowskiej.
Zrobienie zdjęcia czarnej dziury nie jest łatwe. Po pierwsze, czarnej dziury nie można zobaczyć, ponieważ światło nie może jej opuścić. Zamiast obserwować samą czarną dziurę, naukowcy mogą obserwować światło emanujące z materii znajdującej się obok niej. W przypadku Cygnus X-1 to światło będzie emitowane przez gwiazdę w pobliżu czarnej dziury.
Większość światła, które widzimy, wibruje w wielu kierunkach. Polaryzacja filtruje światło, dzięki czemu wibruje w jednym kierunku. Jest to podobne do tego, jak gogle narciarskie ze spolaryzowanymi soczewkami pomagają narciarzom zobaczyć, dokąd zjeżdżają z góry, ponieważ filtr rozprasza śnieg odbijający się od śniegu.
„Tak samo jest z twardymi promieniami rentgenowskimi w pobliżu czarnej dziury” - mówi współautor Hiromitsu Takahashi. „Ale ten filtr pobiera twarde promieniowanie rentgenowskie i promienie gamma z czarnej dziury. Żadne okulary nie uchronią Cię przed tymi promieniami, więc potrzebujemy innego specjalnego urządzenia do pomiaru tego rozpraszania światła”.
Zespół musiał dowiedzieć się, skąd pochodzi światło i gdzie się rozprasza. Do obu pomiarów zastosowano balonowy polarymetr rentgenowski PoGO +. Dwa konkurujące ze sobą modele opisują, jak wygląda materia obok czarnej dziury w układzie podwójnym, takim jak Cygnus X-1: latarnia i model wydłużony. W modelu z latarnią korona jest zwarta i ściśle związana z czarną dziurą. Fotony wyginają się w kierunku dysku akrecyjnego, co powoduje większe odbicie światła. W rozszerzonym modelu korona jest większa i rozprzestrzenia się wokół czarnej dziury. Światło odbite od dysku jest słabsze. Ponieważ światło nie uginało się zbytnio pod wpływem silnej grawitacji czarnej dziury, zespół doszedł do wniosku, że czarna dziura jest zgodna z rozszerzonym modelem korony.
Film promocyjny:
Ilya Khel