Измерения «пульсирующей» чёрной дыры IXPE ставят под сомнение существующие теории

На этой иллюстрации показано вещество, вращающееся вокруг чёрной дыры, с выделенной особенностью — «короной», которая ярко светится в рентгеновском диапазоне. На изображении корона представлена в виде фиолетового свечения над аккреционным диском, слегка заходя внутрь его границы. Материал внутри диска невероятно горячий и должен светиться ослепительным сине-белым светом, но здесь его яркость уменьшена для лучшего контраста с короной. Фиолетовый цвет условный — он символизирует рентгеновское свечение, невидимое человеческому глазу. Искривление диска реалистично отражает влияние гравитации чёрной дыры, которая действует как оптическая линза, искажая наше восприятие плоского диска. Автор: NASA/Caltech-IPAC/Robert Hurt

Международная команда астрономов, использующая космический аппарат NASA IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), поставила под сомнение современные представления о поведении материи вблизи чёрных дыр.

IXPE позволяет изучать рентгеновские лучи и измерять их поляризацию — свойство света, описывающее направление его электрического поля. Степень поляризации показывает, насколько согласованы колебания света. Учёные могут использовать этот параметр, чтобы определить местоположение короны — области чрезвычайно горячей и намагниченной плазмы вокруг чёрной дыры — и понять, как она генерирует рентгеновское излучение.

В апреле астрономы измерили степень поляризации чёрной дыры IGR J17091-3624, которая составила 9,1%, что значительно выше предсказаний теоретических моделей.

«Чёрная дыра IGR J17091-3624 — это уникальный объект, чья яркость меняется, словно сердцебиение. Благодаря IXPE мы смогли измерить её свойства совершенно новым способом», — говорит Мелисса Юинг из Университета Ньюкасла (Англия), ведущий автор исследования, опубликованного в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

В рентгеновских двойных системах сверхплотный объект, такой как чёрная дыра, притягивает вещество от соседней звезды. Это вещество формирует аккреционный диск — вращающуюся структуру, в которой материя разогревается до экстремальных температур. Корона, расположенная во внутренней части диска, может достигать 1,8 миллиарда градусов по Фаренгейту и излучать мощные рентгеновские лучи.

Несмотря на яркость короны, IGR J17091-3624 находится на расстоянии около 28 000 световых лет от Земли, что делает невозможным её прямое наблюдение.

«Обычно высокая степень поляризации соответствует наблюдению короны с ребра. Для таких измерений корона должна иметь идеальную форму и находиться под строго определённым углом», — поясняет Джорджо Матт, профессор Университета Рома Тре (Италия) и соавтор исследования.

Учёные предложили несколько гипотез для объяснения аномально высокой поляризации. Одна из них предполагает наличие «ветра» — потока вещества, вырывающегося из аккреционного диска. Другая модель рассматривает возможность сверхбыстрого истечения плазмы из короны со скоростью до 20% от скорости света.

Дальнейшие исследования помогут уточнить природу этого явления и, возможно, пересмотреть существующие теории о чёрных дырах.

Дополнительная информация: Melissa Ewing et al, The very high X-ray polarization of accreting black hole IGR J17091−3624 in the hard state, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025). DOI: 10.1093/mnras/staf859