Melnajiem caurumiem vienmēr bijusi viena no dīvainākajām un grūtāk izprotamajām lomām kosmosā, taču jaunā NASA pētījumā šim noslēpumam pievienota vēl viena pārsteidzoša kārta. Izmantojot rentgenstaru polarimetrijas satelītu IXPE, zinātniekiem pirmo reizi izdevies detalizēti izmērīt, kā polarizācijas ziņā ir sakārtoti rentgenstari, kas nāk no melnā cauruma sistēmas IGR J17091-3624. Rezultāti ne vien pārsniedza iepriekšējās prognozes – tie piespieda pētniekus pārskatīt vairākus melno caurumu fizikas modeļus. Atklājums, kas radies, analizējot aptuveni 28 000 gaismas gadu attālumā esošu sistēmu, var kļūt par pamatu jauniem kosmisko pētījumu standartiem.
X staru polarizācija – kas pārsteidza zinātniekus?
2025. gada martā iegūtie IXPE dati parādīja neparasti augstu – pat 9,1 % lielu rentgenstaru polarizācijas līmeni 2–8 keV enerģijas diapazonā. Tas ir viens no augstākajiem šādos objektos jebkad izmērītajiem rādītājiem, turklāt iegūts ar ļoti lielu statistisko ticamību. Polarizācijas leņķis bija apmēram 83 grādi, un tika pamanīta arī norāde, ka polarizācija palielinās, pieaugot enerģijai, lai gan šis signāls pagaidām vēl tiek vērtēts piesardzīgi.
Polarizācija raksturo, kā telpā ir sakārtots gaismas elektriskais lauks. To var iedomāties kā smalku pirkstu nospiedumu rakstu, kas atklāj, kā rentgenstari mijiedarbojušies ar vielu melnā cauruma apkārtnē un kāda ir šo struktūru forma. Šajā gadījumā dati norāda uz daudz sakārtotāku un organizētāku vidi, nekā līdz šim tika pieņemts.
Jums varētu patikt šie:
Melnais caurums ar “sirds ritmu”
Sistēmu IGR J17091-3624 zinātnieki jau sen dēvē par “pulsojošu zvaigznes nāvi”. Tās spožums periodiski pieaug un samazinās, it kā visai sistēmai būtu savs kosmiskais sirdspuksts. Kā skaidro pētnieku grupas dalībniece Melisa Jūinga no Ņūkāslas universitātes, IXPE mērījumi ļāva uz šo dīvaino uzvedību paraudzīties pavisam jaunā rakursā.
Melnais caurums piesaista materiālu no tuvumā esošas zvaigznes, veidojot karstu akrecijas disku. Diska iekšējā daļā izveidojas korona – plazmas reģions, kas uzkarst līdz aptuveni 1,8 miljardiem grādu pēc Fārenheita un izstaro intensīvus rentgenstarus. Lai gan šī korona ir ārkārtīgi spoža un aktīva, tā ir pārāk maza un pārāk tāla, lai to varētu tieši nofotografēt. Tāpēc polarimetrija ir viens no retajiem veidiem, kā izpētīt koronas patieso formu un struktūru.
Neparasti augsta polarizācija – ko tā atklāj?
IXPE novērojumu laikā melnais caurums atradās tā dēvētajā cietā spektra stāvoklī, kurā dominē tieši koronas radītie rentgenstari. Spektrs līdzinājās spēcīgai, “cietai” funkcijai, un atstarošanās efekti bija vāji. Papildu tam tika reģistrētas apmēram 0,2 Hz C tipa kvaziperiodiskas svārstības – raksturīgas spožuma ritmiskas izmaiņas, kas bieži sastopamas šāda tipa sistēmās.
Tomēr vislielākais pārsteigums bija tieši polarizācija. Kā skaidro Romas Trešās universitātes zinātnieks Džordžio Mats, tik augsts polarizācijas līmenis parasti novērojams tikai tad, ja sistēmu redzam ļoti lielā leņķī, gandrīz no diska malas. Turklāt šādos gadījumos koronai jābūt īpaši simetriskai un izvietotai tieši tā, lai šāds efekts vispār varētu rasties.
Vai IGR J17091-3624 tiešām ir tik neparasti veidota sistēma? Atbilde pagaidām nav zināma, jo zinātniekiem vēl nav pat skaidrs, kādā virzienā ir vērsts sistēmas radio strūklas jeb reaktīvais džuets. Citās sistēmās rentgenstaru polarizācijas virziens bieži sakrīt ar radio strūklas virzienu, palīdzot daudz precīzāk noteikt ģeometriju, taču šajā gadījumā trūkst nepieciešamās papildu informācijas.
Jums varētu patikt šie:
No kurienes rodas šāda polarizācija? Divas galvenās hipotēzes
Lai izskaidrotu, kāpēc polarizācija ir tik neparasti augsta, zinātnieki pārbaudīja vairākus teorētiskos modeļus. Viens no iespējamajiem skaidrojumiem paredz, ka akrecijas diska virsmā veidojas ārkārtīgi karsts plazmas vējš. Ja rentgenstari ar šādu plūsmu saduras un noteiktā leņķī atstarojas, tas var radīt tieši tādu polarizācijas rakstu, kādu izmērīja IXPE.
Cita hipotēze vēsta, ka pati korona varētu būt neliela, taču ļoti ātra plazmas strūkla, kas pārvietojas līdz pat 20 % no gaismas ātruma. Šādā gadījumā relativistiskie efekti mainītu rentgenstaru virzienu un īpašības tā, ka polarizācija pieaugtu un mainītu savu leņķi vajadzīgajā veidā. Abas versijas atbilst tā dēvētajam Komptona izkliedes procesam, kurā starojums atstarojas no ļoti enerģiskām daļiņām, mainot gan savu virzienu, gan īpašības. Galīgā atbilde vēl nav zināma, taču abas idejas pārsteidzoši labi saskan ar pašreizējiem IXPE datiem.
Ko tas nozīmē melno caurumu izpētei?
Eimes universitātes pētnieks Maksims Parra uzsver, ka melno caurumu vēji ir viens no būtiskākajiem līdz šim trūkstošajiem posmiem mūsdienu astrofizikā. Ja nesapratīsim, kā šie vēji rodas, kā tie izplatās un kā mijiedarbojas ar rentgenstariem, nebūsim spējīgi pilnībā izskaidrot, kā melnie caurumi aug un ietekmē savu apkārtni. Tādēļ IGR J17091-3624 polarizācijas mērījumi, iespējams, ir tikai sākums – pirmais skaidrais signāls par procesiem, kas līdz šim lielākoties bija vien teorētiski minējumi.
Nākotnē NASA IXPE satelīts turpinās līdzīgu sistēmu novērošanu, un zinātnieki cer iegūt vēl spēcīgākus un skaidrākus signālus. Ja arī citi melnie caurumi uzrādīs līdzīgas īpašības, var izrādīties, ka nepieciešams nopietni pārdomāt no jauna, kā mēs izprotam koronas, plazmas plūsmas, vējus un to saistību ar viskošākajiem rentgenstaru avotiem Visumā. Citiem vārdiem sakot, melnie caurumi nekļūs mazāk, bet gan vēl noslēpumaināki – tomēr tagad zinātniekiem ir rokās jauns rīks, ar kuru šos noslēpumus sākt šķetināt.
Foto ir ilustratīvi © Canva, © NASA.
