Черная дыра на орбите рядом с ней — «совершенно неожиданно»

Исследователи из Университета Турку в Финляндии обнаружили, что ось вращения[{» attribute=»»>black hole in a binary system is tilted more than 40 degrees relative to the axis of stellar orbit. The finding challenges current theoretical models of black hole formation.

The observation by the researchers from Tuorla Observatory in Finland is the first reliable measurement that shows a large difference between the axis of rotation of a black hole and the axis of a binary system orbit. The difference between the axes measured by the researchers in a binary star system called MAXI J1820+070 was more than 40 degrees.

Artist impression of the X-ray binary system MAXI J1820+070 containing a black hole (small black dot at the center of the gaseous disk) and a companion star. A narrow jet is directed along the black hole spin axis, which is strongly misaligned from the rotation axis of the orbit. Image produced with Binsim. Credit: R. Hynes

Often for the space systems with smaller objects orbiting around the central massive body, the own rotation axis of this body is to a high degree aligned with the rotation axis of its satellites. This is true also for our solar system: the planets orbit around the Sun in a plane, which roughly coincides with the equatorial plane of the Sun. The inclination of the Sun rotation axis with respect to orbital axis of the Earth is only seven degrees.

“The expectation of alignment, to a large degree, does not hold for the bizarre objects such as black hole X-ray binaries. The black holes in these systems were formed as a result of a cosmic cataclysm – the collapse of a massive star. Now we see the black hole dragging matter from the nearby, lighter companion star orbiting around it. We see bright optical and X-ray radiation as the last sigh of the infalling material, and also radio emission from the relativistic jets expelled from the system,” says Juri Poutanen, Professor of Astronomy at the University of Turku and the lead author of the publication. 

Представление художника о рентгеновской двойной системе MAXI J1820 + 070, содержащей черную дыру (маленькую черную точку в центре газового диска) и звезду-компаньон. Узкая струя направлена ​​вдоль оси вращения черной дыры, которая сильно скошена от оси вращения орбиты. Изображение было создано с ветерком. Кредит: Р. Хайнс

Следя за этими струями, исследователи смогли очень точно определить направление оси вращения черной дыры. Когда позже количество газа, попадающего от звезды-компаньона в черную дыру, стало уменьшаться, температура системы понизилась, и большая часть света в системе исходила от звезды-компаньона. Таким образом, исследователи смогли измерить наклонение орбиты с помощью спектроскопических методов, и оно примерно совпало с баллистическим наклонением.

«Чтобы определить трехмерную ориентацию орбиты, также необходимо знать позиционный угол системы в небе, что означает, как система вращается относительно направления на север в небе. Это было измерено с использованием методов поляриметрии», — говорит Юрий Потанин.

Результаты, опубликованные в журнале Science, открывают интересные перспективы для изучения образования черных дыр и эволюции этих систем, поскольку такое крайнее неравновесие трудно получить во многих сценариях образования черных дыр и эволюции двойных систем.

Разница более чем в 40 градусов между осью орбиты и вращением черной дыры оказалась совершенно неожиданной. Ученые часто предполагали, что эта разница очень мала, когда моделировали поведение материи в искривленном временном пространстве вокруг черной дыры. Существующие модели уже сложны, и теперь новые результаты заставляют нас добавить к ним новое измерение», — говорит Потанин.

Ссылка: «Дисбаланс вращения орбиты-орбиты черной дыры в рентгеновской двойной системе MAXI J1820+070» Гури Потанина, Александры Велединой, Андрея В. Бердюгина, Светланы В. Бердюгиной, Хелен Гермак, Питера Дж. Юнкера, Гэри Дж. Э. Кагава, Ильи Козенкова, Вадим Кравцов Филиппо Перола, Маниша Шреста, Мануэль А. Перес-Торрес и Серж С. Цыганков, 24.02.2022 Доступно здесь. знать.
DOI: 10.1126 / science.abl4679

Основной результат был получен с использованием поляриметра ДИПол-УФ собственного производства, установленного на Северном оптическом телескопе, находящемся в совместной собственности Университета Турку с Орхусский университет в Дании.