편광 X선은 블랙홀 주변의 극도로 뜨거운 물질의 모양과 방향을 나타냅니다.

백조자리 X-1이라고 불리는 항성질량 블랙홀에 대한 연구원들의 최근 관측은 블랙홀 바로 주변 지역에서 극도로 뜨거운 물질의 구성에 대한 새로운 세부 사항을 보여줍니다.

물질은 블랙홀을 향해 당겨지면서 수백만도까지 가열됩니다. 이 뜨거운 물질은 X선에서 빛납니다. 연구원들은 블랙홀이 물질을 삼키는 방식을 설명하는 모델을 테스트하고 개선하기 위해 이러한 X선의 편광 측정을 사용하여 우주에서 X선을 포함한 가장 밝은 광원이 됩니다.

저널 온라인에 게재된 Cygnus X-1의 새로운 측정값 과학 11월 3일 목요일, NASA와 이탈리아 우주국(ASI) 간의 국제 협력인 IXPE(Imaging X-Ray Polarimetry Explorer) 임무에서 질량 강착 블랙홀의 첫 번째 관측을 나타냅니다. 백조자리 X-1은 우리 은하에서 가장 밝은 X선 소스 중 하나이며, 41 태양 질량 동반 별과 함께 궤도에 있는 21 태양 질량 블랙홀로 구성되어 있습니다.

수석 저자인 웨이먼 크로우(Wayman Crow)의 예술 및 과학 물리학 교수인 Henric Krawczynski는 “이전의 블랙홀 X선 관측은 블랙홀을 향해 나선 뜨거운 플라즈마의 도달 방향, 도달 시간 및 X선 에너지만을 측정했습니다.”라고 말했습니다. 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학교에서, 그리고 대학교의 우주 과학을 위한 맥도넬 센터에서 교수 펠로우로 일하고 있습니다. “IXPE는 또한 X선이 어떻게 방출되었는지에 대한 정보를 전달하는 선형 편광을 측정합니다.

어떤 빛도, 심지어 X선의 빛도 블랙홀의 사건 지평선 내부에서 빠져나갈 수 없습니다. IXPE로 감지된 X선은 블랙홀의 직경 60km 이벤트 지평선을 둘러싼 직경 2,000km 영역의 뜨거운 물질 또는 플라즈마에 의해 방출됩니다.

2022년 5월과 6월에 NASA의 NICER 및 NuSTAR X선 관측소에서 동시 관측된 IXPE 데이터와 결합하여 저자는 플라즈마의 형상(즉, 모양 및 위치)을 제한할 수 있었습니다.

연구원들은 플라즈마가 이전의 무선 관측에서 촬영된 양면의 연필 모양의 플라즈마 유출 또는 제트에 수직으로 확장된다는 것을 발견했습니다. X선 편광 방향과 제트의 정렬은 블랙홀에 가까운 X선 밝은 영역의 프로세스가 제트를 발사하는 데 중요한 역할을 한다는 가설을 강력하게 뒷받침합니다.

관측 결과는 뜨거운 플라즈마의 코로나가 블랙홀을 향해 나선 물질의 원반을 끼우거나 원반의 내부를 대체할 것이라고 예측하는 모델과 일치합니다. 새로운 편광 데이터는 블랙홀의 코로나가 제트 축을 따라 좁은 플라즈마 기둥 또는 원뿔 모양인 모델을 배제합니다.

과학자들은 블랙홀 주변의 플라즈마 기하학에 대한 더 나은 이해가 블랙홀의 내부 작용과 블랙홀이 질량을 축적하는 방법에 대해 많은 것을 드러낼 수 있다는 점에 주목했습니다.

Krawczynski는 “이 새로운 통찰력은 중력이 공간과 시간을 블랙홀에 가깝게 휘게 하는 방법에 대한 개선된 X선 연구를 가능하게 할 것”이라고 말했습니다.

구체적으로 Cygnus X-1 블랙홀과 관련하여 “IXPE 관측은 강착 흐름이 이전에 생각했던 것보다 더 경계에서 보인다는 것을 보여줍니다.”

공저자인 투르쿠 대학의 알렉산드라 벨레디나(Alexandra Veledina)는 “이것은 블랙홀의 적도면과 쌍성 궤도면이 잘못 정렬되어 있다는 신호일 수 있다”거나 블랙홀과 동반성 쌍성 쌍을 설명했다. . “블랙홀 시조별이 폭발했을 때 시스템이 정렬 불량을 획득했을 수 있습니다.”

공동 저자인 Fabio Muleri는 “IXPE 임무는 NASA의 마셜 우주 비행 센터에서 제작한 X선 거울과 ASI, 국립 천체 물리학 연구소(INAF) 및 국립 핵 물리학 연구소의 협력으로 제공되는 초점면 기기를 사용합니다”라고 말했습니다. INAF-IAPS. “Cygnus X-1 외에도 IXPE는 질량 강착 중성자 별, 펄서 및 펄서 바람 성운, 초신성 잔해, 은하 중심 및 활성 은하 핵을 포함한 광범위한 극한 X선 소스를 연구하는 데 사용됩니다. 많은 놀라움과 즐거운 시간을 보내고 있습니다.”

같은 호에 실린 두 번째 논문은 파도바 대학교(University of Padova)의 Roberto Taverna에 의해 주도되었으며 마그네타 4U 0142+61에서 고도로 편광된 X선의 IXPE 검출에 대해 설명합니다.

Krawczynski는 “우리는 천체 물리학에서 과학적 발견이라는 새로운 물결의 일부가 된 것을 기쁘게 생각합니다.”라고 말했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/11/221103140752.htm