Когато астрономите погледнат дълбоко в Космоса, черните дупки често изглеждат като неразгадаеми гиганти, поглъщащи всичко, което пресече пътя им. Но ново изследване най-накрая разкрива подробности за една неуловима характеристика на тези космически същества: тяхната гореща корона.
Използвайки данни от мисията IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) на НАСА, изследователите за първи път са картографирали формата на тази плазмена област, помагайки да се изясни как черните дупки консумират околната материя.
Астрономи опровергаха известната хипотеза на Кер за въртящите се черни дупки
Тези нови открития показват, че тези корони, региони от газ, нагрят до милиарди градуси, се подравняват с акреционните дискове, които завихрят материята в черните дупки. Пробивът предлага нови прозрения за механизмите за хранене на черните дупки, от системи със звездна маса като Cygnus X-1 до свръхмасивни гиганти в центровете на далечни галактики.
Мистериозното сияние на короната
Ако някога сте били свидетели на слънчево затъмнение, може би си спомняте короната на Слънцето – неговата най-външна атмосфера – ореол от блестяща светлина, видим само когато яркият диск е скрит. Черните дупки, оказва се, имат своя собствена версия на тази корона, макар и много по-интензивна.
Години наред учените имаха теоретично разбиране, че черните дупки, подобно на звездите, притежават свръхнагорещени корони. Тези региони се състоят от горещ, йонизиран газ, който пламва до безбожни температури от порядъка на милиарди градуси по Целзий. За сравнение, слънчевата корона е около един до два милиона градуса по Целзий.
Но директното наблюдение на такава корона представлява значително предизвикателство. Акреционните дискове около черните дупки, образувани от материя, спираловидно завъртяна навътре, блестят толкова ярко, че засенчват слабото сияние на короната.
„Учените отдавна спекулират относно структурата и геометрията на короната – обяснява Лини Сааде, водещ автор на изследването и постдокторант в Центъра за космически полети „Маршал“ на НАСА. – Дали това е сфера над и под черната дупка, или атмосфера, генерирана от акреционния диск, или може би плазма, разположена в основата на джетовете?“
Черните дупки може да са врати към други вселени, твърди учен
Отговорът, изглежда, се крие в използването на рентгенова поляризация. Като изследват как рентгеновите лъчи се разпръскват и подреждат, учените могат да картографират структури, които иначе са невидими. Използвайки високочувствителните инструменти на IXPE, екипът на Сааде анализира високоенергийните рентгенови лъчи, излъчвани от дузина черни дупки. Те включват добре познати системи със звездна маса като Cygnus X-1 и Cygnus X-3 в нашия Млечен път заедно със свръхмасивни черни дупки в далечни галактики.
Разкриване на геометрията на натрупването на черна дупка
След десетилетия изследвания и хиляди статии астрономите са съставили общ модел на черните дупки. Около черната дупка често има тор – област от газ и прах с форма на поничка. В сърцето на тази хаотична структура лежи акреционен диск – въртяща се равнина от прегрят материал, спираловидно въртяща се към забрава. Над и под този диск струи йонизиран газ може да се изстрелят в Космоса със скоростта почти на светлината.
Но къде се вписва короната в тази картина? Благодарение на новите наблюдения на IXPE учените сега вярват, че короната се изравнява с равнината на акреционния диск, вместо да обгражда черната дупка в сферичен пашкул.
„IXPE демонстрира, че сред всички черни дупки, чиито коронарни свойства могат да бъдат измерени директно чрез поляризация, е установено, че короната е разширена в същата посока като акреционния диск“, казва Сааде. Тези изводи изключват по-ранни модели, предполагащи, че короната прилича на стойка за лампа, който се носи над диска.
Това ново разбиране също така хвърля светлина върху това как черните дупки консумират материя и захранват своите джетове. Изследователите са открили, че независимо от размера на черната дупка – дали е черна дупка със звездна маса, 10 пъти по-голяма от масата на нашето Слънце, или свръхмасивна черна дупка, милиони пъти по-голяма – геометрията на акреционния диск и короната изглежда поразително сходна.
Диети за черни дупки
Черните дупки със звездна маса, като Cygnus X-1, се хранят чрез извличане на газ от своите звезди спътници. Междувременно свръхмасивните черни дупки, като тези в галактиките NGC 1068 и NGC 4151, пируват с газ и звезди в своите галактически центрове. И все пак въпреки тези разлики в начина, по който се хранят, и двата вида, изглежда, имат корони и акреционни дискове, които изглеждат еднакви. Техните различия просто се свеждат до мащаба.
В центъра на Слънцето може да има черна дупка вместо ядро
„Черните дупки със звездна маса отнемат маса от звездите си спътници, докато свръхмасивните черни дупки поглъщат всичко около тях“, казва Филип Каарет, главен изследовател на мисията IXPE. „И все пак механизмът за натрупване функционира почти по същия начин.“
Това предполага, че прозренията, получени от изучаването на по-близки, по-малки черни дупки, могат да помогнат на учените да разкрият тайните на техните далеч по-масивни и далечни братовчеди.
Изследването е публикувано в The Astrophysical Journal.
