Juodosios skylės visada buvo vieni keisčiausių ir sunkiausiai perprantamų kosmoso objektų, tačiau naujas NASA atliktas tyrimas šį paslapčių sluoksnį dar labiau pastorino. Naudodamiesi rentgeno spindulių polarimetrijos palydovu IXPE, mokslininkai pirmą kartą detaliai išmatavo, kaip iš juodosios skylės sistemos IGR J17091-3624 sklindantys rentgeno spinduliai yra poliarizuoti. Rezultatai ne tik pranoko lūkesčius – jie privertė iš naujo permąstyti kai kuriuos juodųjų skylių fizikos modelius. Šis atradimas, padarytas analizuojant už maždaug 28 tūkstančių šviesmečių esančią sistemą, gali tapti dar vienu pamatu, iš kurio bus kuriami visiškai nauji kosmoso tyrimų standartai.
X spindulių poliarizacija – kas nustebino mokslininkus?
2025 m. kovą surinkti IXPE duomenys parodė neįprastai aukštą – net 9,1 proc. – rentgeno spindulių poliarizacijos lygį 2–8 keV energijos intervale. Tai vienas aukščiausių matavimų tokio tipo sistemose, ir, svarbiausia, jis buvo gautas su itin didele statistine tikimybe. Poliarizacijos kampas siekė apie 83 laipsnius, be to, pastebėta nedidelė užuomina, kad poliarizacija didėja didėjant energijai, nors šis signalas dar nelaikomas pakankamai tvirtu.
Poliarizacija yra savybė, rodanti, kaip šviesos elektrinis laukas yra orientuotas erdvėje. Tai tarsi subtilus pirštų atspaudų rinkinys, leidžiantis suprasti, kaip rentgeno spinduliai sąveikavo su medžiaga, esančia aplink juodąją skylę, ir kokios formos yra ją supančios struktūros. Šiuo atveju duomenys rodo kur kas organizuotesnę, ne atsitiktinę aplinką, nei manyta anksčiau.
Juodoji skylė su „širdies plakimu“
Sistemą IGR J17091-3624 tyrėjai seniai vadina „pulsuojančia žvaigždų mirtimi“. Ji nuolat silpsta ir stiprėja ritmingai, tarsi turėtų savitą kosminį širdies plakimą. Kaip aiškina tyrimo narė Melissa Ewing iš Niuaklo universiteto, IXPE matavimai leido pažvelgti į šį keistą reiškinį nauju kampu. Juodoji skylė iš artimos žvaigždės traukia medžiagą, kuri sudaro įkaitusį akrecinį diską. Jo vidinėje dalyje susiformuoja korona – plazmos regionas, įkaistantis iki maždaug 1,8 milijardo Farenheito laipsnių ir išspinduliuojantis intensyvius rentgeno spindulius. Nors ši korona ryški ir aktyvi, ji yra per maža ir per toli, kad būtų įmanoma ją nufotografuoti tiesiogiai. Todėl poliarimetrija tampa vienu iš nedaugelio būdų atskleisti jos tikrąją formą.
Neįprastai didelė poliarizacija – ką ji atskleidžia?
IXPE stebėjimų metu juodoji skylė buvo vadinamojoje kietojo spektro būsenoje, kai rentgeno spindulius dominuojamai generuoja korona. Spektras priminė kietąją galios dėsnio formą, o atspindžių požymiai buvo silpni. Be to, aptikta ir 0,2 Hz tipo C kvaziperiodinė osciliacija – ritmiškas šviesos intensyvumo pokytis, būdingas tokioms sistemoms.
Tačiau būtent poliarizacija sukėlė didžiausią nuostabą. Kaip paaiškino Romos Trečiojo universiteto mokslininkas Giorgio Mattas, tokio lygio poliarizacija paprastai aptinkama tik tada, kai sistema stebima itin kampuotu, tarsi nuo pat pačios kraštinės, žvilgsniu. Be to, korona turėtų būti idealiai suformuota ir išsidėsčiusi taip, kad toks matavimas būtų įmanomas. Ar IGR J17091-3624 išties pasižymi tokia išskirtine geometrija? Atsakymo kol kas nėra, nes mokslininkai net nežino, kokia kryptimi orientuotas šios sistemos radijo čiurkšlės (reaktyvinio džeto) spindulys. Kitose sistemose X spindulių poliarizacijos kampas dažnai sutampa su radijo čiurkšle, tad palyginimas padėtų suprasti geometriją, bet šį kartą informacijos paprasčiausiai trūksta.
Iš kur tokia poliarizacija? Mokslininkai turi dvi versijas
Norėdami paaiškinti neįprastai aukštą poliarizacijos lygį, tyrėjai išbandė kelis teorinius modelius. Vienas galimų paaiškinimų – nuo akrecinio disko paviršiaus pakylantis itin karštas vėjas. Jei rentgeno spinduliai atsimuša į tokį plazminį srautą ir atsispindi tam tikru kampu, tai gali sukurti būtent tokį poliarizacijos signalą, kokį užfiksavo IXPE.
Antra hipotezė – kad pati korona gali būti tarsi mažytė, bet neįtikėtinai greita plazmos čiurkšlė, judanti iki 20 proc. šviesos greičio. Tokiu atveju relativistiniai efektai pakreiptų ir sustiprintų rentgeno spindulių poliarizaciją. Abi versijos dera su vadinamuoju Komptono sklaidos procesu, kuriame spinduliai atsitrenkia į energingas daleles ir keičia kryptį bei savybes. Nors galutinis atsakymas dar neaiškus, abi idėjos teigiamai atitinka IXPE duomenis.
Ką tai reiškia juodųjų skylių tyrimams?
Ehime universiteto tyrėjas Maxime Parra pabrėžė, kad juodųjų skylių vėjai yra vienas svarbiausių šiuolaikinės astrofizikos trūkstamų elementų. Nesuprasdami, kaip jie susidaro, kaip juda ir kaip sąveikauja su rentgeno spinduliais, negalime iki galo suprasti, kaip juodosios skylės auga ir formuoja savo aplinką. Todėl IGR J17091-3624 poliarizacijos matavimas gali būti tik pradžia – pirma užuomina apie procesus, kurie iki šiol buvo tik teorinės spekuliacijos.
NASA IXPE palydovas ateityje tęs stebėjimus, o mokslininkai tikisi dar ryškesnių signalų. Jei kitos juodosios skylės parodys panašius požymius, gali tekti iš pagrindų permąstyti, kaip suprantame koronas, plazmos srautus, vėjus ir jų ryšį su ryškiausiais rentgeno šaltiniais visatoje. Kitaip tariant, juodosios skylės tampa ne mažiau, o dar labiau paslaptingos – tačiau dabar bent jau turime naują įrankį šioms mįslėms tirpti.
Nuotraukos asociatyvinės © Canva, ©NASA.
