Polarizace rentgenového záření odhalila geometrii černé díry

Cygnus X-1 byl objeven v 60. letech díky rentgenovým detektorům neseným na palubách raket, ale dnes už máme daleko lepší zařízení pro sledování takových cílů. Tento objekt je vzdálen 6100 světelných let a skládá se ze superobří hvězdy putující vesmírem společně s černou dírou, což znamená, že ta si z dané hvězdy přitahuje materiál, který k ní má putovat v podobě akrečního disku a to je dobře známý zdroj rentgenového záření. Následující obrázek také ukazuje výtrysky materiálu od pólů černé díry, v nichž také vzniká rentgenové záření, které můžeme zde na Zemi detekovat. Tyto výtrysky mají vznikat blízko horizontu událostí, ale zatím není jasné, co je tvoří. Uvažuje se však o silném magnetismu, který zde hraje roli. 

 

 

Astronomové už dříve přišli se dvěma pravděpodobnými geometrickými modely, které popisují, jak má vypadat prostor poblíž černé díry a nyní se v Nature Astronomy objevila studie od japonských a švédských astronomů, která určila ten nejvíce pravděpodobný. Černá díra v Cygnus X-1 má mít rozsáhlý a plochý akreční disk s kulatým a rozžhaveným mračnem zahřátého plynu ve svém středu.  

 

Cygnus X-1 byl před desítkami let i předmět sporu mezi Hawkingem a Thornem. Právě Thorne měl za to, že jde o černou díru a hvězdu, zatímco Hawking se vsadil, že tomu tak není. Ještě před rokem ale Hawking uznal, že se mýlil a Thornovi koupil slíbené roční předplatné Penthousu.

 

Nyní jsou oficiální údaje takové, že systém obsahuje jednak mladého modrého superobra HDE 226868 s hmotností asi 20 Sluncí a černou díru s hmotností 15 Sluncí, které kolem sebe obíhají ve vzdálenosti pouze 0,2 AU, čili asi v poloviční vzdálenosti Merkuru od Slunce. Rentgenové záření se periodicky mění každých 5,6 dne, což by mělo představovat jeden oběh a pak také každých 300 dní, což je zase přisuzováno precesi polárních výtrysků, což značí že ty z našeho pohledu nemíří vždy stejným směrem. Precese je v tomto případě krouživý pohyb osy představované výtryskem po plášti pomyslného kužele. 

 

Cygnus X-1, jak jej vidí Chandra

 

Máme tu tedy dvě teorie o tom, jak vypadá akreční disk a okolní koróna. První se nazývá Lamp-post model a druhý Extended model. 

 

 

První model vidí korónu jako kompaktní oblast hustého plynu, která se nachází nad černou dírou, zatímco druhý předpokládá, že je to rozsáhlá oblast obklopující tuto díru. Aby se mohlo zjistit, který z nich odpovídá skutečností, byla zkoumána polarizace přicházejících rentgenových paprsků, aby mohl být vytvořen obrázek toho, jak byly orientovány, když opustily svůj systém. 

 

Problém je, že neexistuje filtr, který by dokázal blokovat či propouštět polarizované rentgenové záření, takže se musela zjistit polarizace veškerého přicházejícího světla a ta aplikovat i na rentgenové paprsky. Pokud byly z velké části polarizovány, je vysoce pravděpodobné že se od něčeho často odrážely, podobně jako se polarizuje sluneční světlo odražené od sněhu či vodní hladiny. Jen v tomto případě se odrazily od akrečního disku. 

 

Pomocí polarimetru umístěného na balónu se tak mohla měřit orientace rentgenových paprsků a pak se astronomové mohli propracovat k tomu, jak se ty odrazily od akrečního disku a jaký má on i okolní koróna tvar. Pokud by šlo o tzv. lamp-post model, pak by se záření z plynu v malé oblasti výrazně odráželo od akrečního disku a v případě druhého modelu by ho mělo být naopak méně a vypadá to, že nastal druhý případ, takže zastánci lamp-post modelu slavit nemohou. 

 

Nyní se astronomové mohou lépe zaměřit na otázku rotace samotné černé díry. Odhadují, že ta, respektive její horizont událostí, rotuje rychlostí asi 800x za sekundu, ale to se budou snažit upřesnit, aby mohli více zjistit i o tom, jak se asi vyvíjela. A rentgenová polarimetrie bude jistě využita i pro studium mnoha jiných černých děr, a to především těch blíže ke středu galaxie. 

 

Zdroj: Astronomy