В международном астрономическом проекте, объединившем ученых Швеции и Японии, впервые удалось выяснить, как вблизи черной дыры колоссальная гравитация влияет на форму материи. Это было сделано при исследовании двоичной системы Лебедь X-1 (Cygnus X-1), а результат опубликован в Nature Astronomy в этом месяце. Сделавшие открытие астрономы теперь надеются, что изобретенная ими новая технология позволит лучше понять физику гравитации и эволюцию черных дыр в центре галактик.
Лебедь X-1 представляет собой известный с 1964-го года источник сильного рентгеновского излучения, впоследствии ставший первым кандидатом на наличие черной дыры, которые на тот момент существовали только в теории. Однако сегодня Лебедь X-1 более или менее изучен. Он представляет собой двойную звездную систему, находящуюся примерно шести тысячах световых лет от Солнца.
В систему входит оптически наблюдаемый голубой сверхгигант с переменным блеском, обозначаемый как HDE 226868 и гипотетическая черная дыра с массой порядка 10-ти масс Солнца и радиусом горизонта событий порядка 26 км. Объекты, как думают астрономы, находятся на расстоянии 0,2 а. е. друг от друга, поэтому черная дыра постепенно затягивает в себя звездное вещество звезды HDE 226868, которое создает материал аккреционного диска черной дыры и, разогреваясь до миллионов градусов генерирует наблюдаемое рентгеновское излучение
Однако, все выше изложенное — не более чем компьютерная графика и физическая теория, поскольку черная дыра поглощает весь пролетающий рядом свет и её нельзя наблюдать, предполагая её существование только теоретически. Тем не менее, благодаря новой методике, названной разработчиками рентгеновской поляриметрией, черную дыру Лебедь X-1 все-таки удалось как бы слегка увидеть.
Большинство света, которое мы видим, распространяется во множестве направлений. Однако, если свет пропустить через поляризующий фильтр, пропускающий волну только одного направления, изображение станет четче. Подобным образом работают очки горных лыжников, позволяющие им не видеть лишний свет, отражающийся от снега.
«Точно такая же ситуация и с жестким рентгеновским излучением в районе черной дыры», — объяснят ассистент профессора Университета Хиросимы и соавтор исследования Хиромицу Такахаси.
Исходя из этой теории исследователи собрали рентгеновский поляриметр, запустив его на воздушном зонде. На основании собранных поляриметром данных астрономы смогли увидеть часть рентгеновских лучей, испускаемых гипотетическим аккреционным диском черной дыры и тем самым рассмотреть его реальную форму.
На сегодняшний день существуют две конкурирующие модели, предполагающих расположение материи вблизи черной дыры:
а) модель «фонарного столба» (lamp-post model), в которой корона черной дыры компактна и собрана по оси.
б) «модель рассеянной короны» (extended model), в которой корона предполагается размазанной по окрестностям черной дыры.
Теперь астрономам стало понятно, что правильная вторая модель — то есть как бы «рассеянная корона», однако на данный момент новая технология рентгеновской поляриметрии требует совершенствования и развития. Пока она так и не смогла ответить на главный вопрос: вращается ли черная дыра, черная дыра неподвижна или же в случае деформации черной дырой пространства-времени само понятие вращения чего либо теряет физический смысл.