Hmota se při přitahování k černé díře zahřívá na miliony stupňů a září v rentgenovém záření. Vědci používají měření polarizace tohoto rentgenového záření, aby otestovali a zpřesnili modely, které popisují, jak černé díry pohlcují hmotu a stávají se tak jedněmi z nejsvítivějších zdrojů ve vesmíru – včetně rentgenového záření.
Cygnus X-1 je jedním z nejjasnějších zdrojů rentgenového záření v naší galaxii. Skládá se z černé díry o hmotnosti 21 Sluncí na oběžné dráze s průvodní hvězdou o hmotnosti 41 Sluncí.
Nová měření z Cygnus X-1 představují první pozorování černé díry, která vytváří hmotu, provedená v rámci mise IXPE (Imaging X-Ray Polarimetry Explorer). Ta vznikla v mezinárodní spolupráci NASA a Italské kosmické agentury (ASI).
„Předchozí rentgenová pozorování černých děr měřila pouze směr, dobu příchodu a energii rentgenového záření z horkého plazmatu spirálovitě směřujícího k černým dírám,“ uvedl hlavní autor a profesor fyziky v oboru Arts & Sciences na Washingtonově univerzitě v St. Louis Henric Krawczynski. „IXPE měří i lineární polarizaci, která nese informaci o tom, jak bylo rentgenové záření emitováno, a zda a kde se rozptyluje od materiálu v blízkosti černé díry,“ dodal.
Kombinace dat IXPE se souběžnými pozorováními z rentgenových observatoří NASA NICER a NuSTAR v květnu a červnu 2022 umožnila autorům omezit geometrii, tedy tvar a umístění, plazmatu.
Lepší chápání černých děr
Vědci zjistili, že plazma se rozprostírá kolmo na oboustranný výtok plazmatu, takzvaný jet. Ten byl zobrazen i při dřívějších rádiových pozorováních. Soulad směru polarizace rentgenového záření a jetu silně podporuje hypotézu, že procesy v rentgenově jasné oblasti v blízkosti černé díry hrají při vypouštění jetu klíčovou roli.
Pozorování odpovídají modelům, které předpokládají, že koróna horkého plazmatu buď obklopuje disk hmoty spirálovitě směřující k černé díře, nebo nahrazuje vnitřní část tohoto disku. Nová polarizační data tak vylučují modely, v nichž je koróna černé díry úzkým sloupcem plazmatu nebo kuželem podél osy jetu.
Vědci poznamenali, že lepší pochopení geometrie plazmatu kolem černé díry může odhalit mnohé o vnitřním fungování černých děr a o tom, jakým způsobem k sobě přitahují hmotu. „Tyto nové poznatky umožní lepší rentgenové studie toho, jak gravitace zakřivuje prostor a čas v blízkosti černých děr,“ řekl Krawczynski.
Konkrétně v souvislosti s černou dírou Cygnus X-1 „pozorování IXPE odhalilo, že akreční tok je vidět více na okraji, než se dosud předpokládalo,“ vysvětlil spoluautor Michal Dovčiak z Astronomického ústavu Akademie věd ČR. „To může být známkou nesouososti roviny rovníku černé díry a roviny oběžné dráhy dvojhvězdy," neboli párové dvojice černé díry a její doprovodné hvězdy, upřesnila spoluautorka Alexandra Veledina z University of Turku. „Systém mohl získat tuto nesouosost při explozi mateřské hvězdy černé díry,“ dodala.
