Разгадан единый механизм аккреции чёрных дыр разных масштабов

Геометрия аккреционного диска и короны: поразительное сходство у чёрных дыр разных размеров

Астрономы, используя данные миссии NASA IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), впервые составили карту формы перегретой короны чёрных дыр, что помогло прояснить механизмы поглощения материи этими космическими объектами. Короны, области газа, нагретые до миллиардов градусов, выстраиваются в соответствии с аккреционными дисками, которые направляют материю в чёрные дыры.

Учёные давно размышляли о составе и геометрии короны. Это сфера над и под чёрной дырой, или сфера, созданная аккреционным диском, или, может быть, плазма, расположенная у основания джетов?

Линни Сааде, ведущий автор исследования и научный сотрудник Центра космических полётов имени Маршалла в NASA

Ответ был найден с помощью рентгеновской поляризации. Изучая, как рентгеновские лучи рассеиваются и выравниваются, учёные могут картировать структуры, которые в противном случае были бы невидимы. Используя высокочувствительные инструменты IXPE, команда Сааде проанализировала высокоэнергетические рентгеновские лучи, испускаемые дюжиной чёрных дыр, включая известные системы звёздной массы, такие как Cygnus X-1 и Cygnus X-3 во Млечном Пути, а также сверхмассивные чёрные дыры в далёких галактиках.

Разгадан единый механизм аккреции чёрных дыр разных масштабов — Иллюстрация материала, вращающегося вокруг чёрной дыры, подчёркивает особенность, называемую «короной», которая ярко светится в рентгеновском диапазоне. На этом изображении корону можно увидеть как фиолетовую дымку над нижележащим аккреционным диском. Источник: NASA / Caltech-IPAC / Robert Disaster

Результаты показали, что корона выстраивается в плоскость аккреционного диска, а не окружает чёрную дыру сферическим коконом. «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», — сказала Сааде.

Это новое понимание также проливает свет на то, как чёрные дыры потребляют материю и питают свои джеты. Исследователи обнаружили, что независимо от размера объекта — будь то чёрная дыра звёздной массы, в 10 раз превышающая массу Солнца, или сверхмассивная чёрная дыра в миллионы раз больше — геометрия аккреционного диска и короны, по-видимому, похожа.

«Чёрные дыры звёздной массы забирают массу своих звёзд-компаньонов, тогда как сверхмассивные чёрные дыры поглощают всё вокруг себя. Но механизм аккреции функционирует примерно так же», — сказал Филипп Каарет, главный исследователь миссии IXPE.

Это говорит о том, что выводы, полученные в ходе изучения более близких, меньших чёрных дыр, могут помочь учёным раскрыть секреты гораздо более массивных и далёких чёрных дыр и в перспективе объединить понимание этих объектов во всех масштабах.