Зарегистрировано поляризованное гамма-излучение чёрной дыры
- Подробности Категория: Новости | Опубликовано 23.06.2011 12:25 | Автор: Super User | Просмотров: 2174
Астрономы из Франции, Испании, Германии и США зарегистрировали поляризованное гамма-излучение чёрной дыры Лебедь X-1. Если быть точным, удалённый примерно на 6 000 световых лет от Солнца Лебедь X-1 представляет собой двойную систему из небольшой чёрной дыры массой в 10 солнечных и голубого сверхгиганта, по массе превосходящего Солнце в 30-35 раз...
Двойная система Лебедь X-1 (Cygnus X-1). Иллюстрация ESA.
Эта двойная система HD(E) 226868 может принадлежать к звёздной ассоциации Лебедь OB3, что может означать, что возраст Лебедь X-1 составляет порядка пяти миллионов лет и черная дыра сформировалась из звезды с массой более 40 солнечных. Звезда лишилась большей части вещества, скорее всего из-за звёздного ветра.
Лебедь X-1 находится недалеко от звезды h (Эта) Лебедя HD 226868.
Если бы после звезда взорвалась как сверхновая, взрыв с большой вероятностью выбросил бы звёздный остаток из системы. А это значит, что звезда сколлапсировала непосредственно в чёрную дыру. В результате образовалась тесная экзо-система двух объектов на расстоянии лишь около 0,2 а. е. друг от друга (или в пять раз ближе чем Земля от Солнца).
В такой системе вещество звёздного компаньона постепенно переходит к дыре, вокруг которой формируется аккреционный диск. Поскольку вещество, оказавшись в диске, разогревается и излучает в рентгеновском диапазоне, двойные этого класса получили название рентгеновских.
Вскоре после обнаружения первых двойных типа Лебедя X-1 были проведены их наблюдения в радио-диапазоне, показавшие, что часть найденных чёрных дыр имеет релятивистские джеты - направленные в противоположные стороны струи частиц. Такие объекты стали называть микроквазарами: от обычных квазаров, расположенных в центрах галактик и ассоциирующихся со сверхмассивными чёрными дырами, они отличаются только размером.
«Принцип действия микроквазаров мы представляем себе довольно хорошо, но некоторые детали механизма, связывающего джеты с аккреционным диском, оставались неизвестны», - говорит руководитель исследования Филипп Лоран (Philippe Laurent).
Пузырь, выдуваемый джетом объекта Лебедя X-1
Наблюдения, которые должны были прояснить ситуацию, выполнила орбитальная обсерватория INTEGRAL. В новой работе исследователи объединили всю информацию, собранную обсерваторией за семь лет (отметим, что совокупная длительность изучения Лебедя X-1 превысила пять миллионов секунд).
Обработка массива данных по гамма-излучению Лебедя X-1 открыла интересный эффект: спектр оказался «двойным», то есть разные его части отвечают разным физическим процессам. Первый компонент, которому соответствует область 250-400 кэВ, слабо поляризован, и его связали с комптоновским рассеянием фотонов на тепловых электронах.
Более энергетичный (0,4-2 МэВ) компонент, напротив, имеет сильную поляризацию, что делает Лебедь X-1 первым примером двойной системы с чёрной дырой, испускающей поляризованное гамма-излучение. Именно эта - энергетичная - составляющая излучения, по мнению авторов, относится к джету.
Два компонента излучения Лебедя X-1, отмеченные линиями разных цветов (иллюстрация Philippe Laurent et al.).
«Сильная поляризация свидетельствует о том, что мы имеем дело с синхротронным излучением, которое испускается заряженными частицами, движущимися по искривлённым магнитным полем траекториям, - поясняет г-н Лоран. - Следовательно, вблизи горизонта событий чёрной дыры действует сильное магнитное поле. Теоретики, конечно, предполагали, что оно там будет, но теперь у нас появились факты». Магнитное поле, таким образом, «выхватывает» некоторые частицы из гравитационных тисков чёрной дыры, отправляя спасённых в джеты.
Ученые впервые смогли показать, что вблизи горизонта событий черных дыр существует очень мощное магнитное поле, которые приводит к поляризации исходящего от окрестности дыры излучения. Работа астрономов появилась в журнале Science, а коротко об исследовании пишет портал Space.com.
Черная дыра Лебедь X-1 в рентгеновском диапазоне. Изображение NASA Marshall Center.
Астрономы наблюдали объект Лебедь Х-1, открытый в 1964 году и ставшей первой черной дырой, обнаруженной по исходящему от нее рентгеновскому излучению. Черные дыры - это объекты настолько колоссальной массы, что они не отпускают от себя даже свет. Источником излучения черных дыр является падающая на них материя, которая в процессе падения разогревается и начинает испускать высокоэнергетичные фотоны.
Ученые в течение семи лет наблюдали Лебедь Х-1 при помощи телескопа Ibis, который установлен на спутнике Европейского космического агентства (ESA) Integral. Астрономы сосредоточились на излучении, исходящем из относительно узкого - шириной приблизительно 800 километров - региона вокруг черной дыры. Оказалось, что это излучение поляризовано - то есть электромагнитные колебания световых волн распространяются только в одном направлении.
Видео: Наблюдение в телескоп, Голубая звезда сверхгигант HDE 226868, фиксируется на орбиту с черной дырой - Лебедь Х-1 (без перевода).
"Обычный" свет - например, свет от лампочки или от Солнца - не поляризован, то есть колебания световой волны распространяются во всех направлениях, перпендикулярных направлению движения света.
По мнению авторов, за поляризацию излучения Лебедя Х-1 может "отвечать" мощное магнитное поле в области около горизонта событий - условной границы черной дыры. Теоретические работы предсказывали возможность существования такого поля, однако до сих пор астрономам не удавалось получить фактических подтверждений этой гипотезы.
Астрономы считают, что это излучение является синхротронным и служит подписью очень сильного магнитного поля, существующего близ горизонта событий чёрной дыры Лебедь X-1. Ранее теоретики только предполагали, что такое поле может существовать у чёрных дыр, теперь это представление получило подтверждение на опыте.
«Это мощное магнитное поле вблизи горизонта событий Лебедя Х-1 может фокусировать частицы, падающие в чёрную дыру, и выбрасывать их прочь», - информирует Space.com. Таким образом, сильно поляризованные гамма-лучи могут быть побочным продуктом рождения джетов.
Пока это только версия, которая должна подтолкнуть астрономов к более пристальному анализу Лебедя Х-1. Недавно астрономы выяснили еще одно свойство черных дыр, которое раньше было им неизвестно. Ученые выяснили, что эти объекты могут быть намного старше, чем было принято считать.
Источник: astrogorizont.com