Астрономи вперше встановили джерело аномального рентгенівського випромінювання чорних дір

Уперше в історії досліджень чорних дір астрономам вдалося встановити джерело рентгенівського випромінювання у струменях цих об’єктів. Завдяки місії NASA IXPE (Imag­ing X‑ray Polarime­try Explor­er) науковці змогли підтвердити, що це випромінювання виникає внаслідок інверсного комптонівського розсіювання — процесу, в якому низькоенергетичні фотони отримують енергію, стикаючись із швидкими частинками. Дослідження базується на понад 600 годинах спостереження за галактикою 3C 84 у скупченні Персея.

Ключову роль у прориві зіграло вимірювання поляризації рентгенівського випромінювання — параметра, що дозволяє зрозуміти структуру струменів і напрямок електромагнітних хвиль. Отримані дані дозволили визначити, що джерелом «насіннєвих» фотонів, які згодом розсіюються, є сам струмінь, що узгоджується з моделлю syn­chro­tron self-Comp­ton. Це суперечить альтернативній теорії, за якою фотони надходять із зовнішнього фону.

Два композитні зображення показують паралельні спостереження скупчення Персея з IXPE (Imag­ing X‑Ray Polarime­try Explor­er) NASA та рентгенівської обсерваторії Чандра. Вчені використовували дані обох обсерваторій, а також дані з Nuclear Spec­tro­scop­ic Tele­scope Array (NuS­TAR) та Neil Gehrels Swift Obser­va­to­ry, щоб підтвердити вимірювання скупчення галактик. Рентгенівське випромінювання: (Chan­dra) NASA/CXC/SAO, (IXPE) NASA/MSFC; Обробка зображень: NASA/CXC/SAO/N. Wolk і K. Arcand

Завдяки спільному аналізу даних з IXPE, Chan­dra, NuS­TAR і Swift дослідникам вдалося відокремити рентгенівське випромінювання, пов’язане саме з активним ядром 3C 84, від іншого фону скупчення Персея. Це підтвердило, що за рентгенівське випромінювання відповідальні саме процеси всередині чорної діри, а не зовнішні джерела.

Результати дослідження опубліковано в журналі The Astro­phys­i­cal Jour­nal Let­ters. Один із авторів, Іоанніс Ліода́кіс, зазначив, що IXPE дав змогу не лише з’ясувати природу випромінювання, а й отримати характеристики «насіннєвих» фотонів, що було неможливо до цього. Це відкриває нові можливості для вивчення більш екзотичної фізики в інших галактичних скупченнях.

Попри цей прорив, науковці продовжують пошук інших поляризованих сигналів у 3C 84, що можуть вказати на нові фізичні процеси. Як підкреслює дослідник Стівен Еллерт, відкриття стало важливим кроком до розуміння найенергетичніших об’єктів у Всесвіті, але багато питань ще лишаються відкритими.