Астрономы МГУ подтвердили: диски вокруг черных дыр плоские

Группа астрономов из Государственного астрономического института имени П.К.Штернберга (ГАИШ) МГУ им. М.В. Ломоносова разработала метод тестирования формы аккреционных дисков вокруг черных дыр, основанный на данных космического телескопа IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer). Способ испытали на нескольких рентгеновских двойных системах с черными дырами, а также на сейфертовской галактике 1-го типа. Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy and Astrophysics.

Аккреционный диск — гигантский «водоворот» или «бублик» из раскаленного газа и космической пыли, который образуется, когда вещество от звезды перетягивается колоссальной гравитацией черной дыры. Это вещество не падает прямо в черную дыру, а закручивается вокруг нее, разгоняясь до огромных скоростей и разогреваясь до миллионов градусов. По сути, это главный источник информации о черной дыре, по яркому свету которого астрономы могут изучать ее свойства.

Форма аккреционного диска долгое время была предметом споров астрофизиков. По разным данным, она могла быть как сфероидальной, так и плоской, а также выпуклой или вогнутой. Однако теперь благодаря IXPE появилась возможность прояснить эту загадку.

Наблюдения подтвердили гипотезу об относительно плоской форме аккреционных дисков в таких объектах. Было обнаружено, что излучение действительно является линейно поляризованным, причем степень поляризации не зависит от энергии фотонов, но подчиняется строгому угловому распределению, которое определяется оптической толщиной внутренних, самых горячих областей диска. 

Как отметила ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ Елена Сейфина, IXPE раскрыл тонкости поляризации и характеристики не только черных дыр звездной массы, но и их сверхмассивных вариаций в ядрах галактик, излучение которых также оказалось линейно поляризованным. «При этом также подтверждена зависимость степени поляризации сверхмассивных черных дыр от ориентации диска в пространстве», — добавила она.

Теперь астрофизики должны будут учитывать эффект поляризации при построении и проверке моделей аккреционных дисков, что, несомненно, приведет к пересмотру многих устоявшихся моделей. Новый метод позволяет точно определять ключевые физические параметры этих экстремальных объектов, лучше понимать их геометрию и в конечном итоге — постигать особенности самых мощных источников энергии во Вселенной.

Ранее исследователи предположили, что черные дыры могут быть источником загадочной темной энергии, которая заставляет Вселенную стремительно расширяться.

Визуализация Mark A. Garlick/Simons Foundation