Рентгеновская двойная система MAXI J1820+070 состоит из звезды, вращающейся вокруг черной дыры. В отсутствие внешних возмущений оси вращения стремятся быть выровненными друг с другом и перпендикулярными плоскости орбиты. Наблюдая угол более 40 градусов между двумя осями, исследователи из обсерватории Туорла (Финляндия) подчеркивают уникальность этой системы. Первоначально мощный «толчок», который должен был иметь место в начале формирования черной дыры, мог поставить под сомнение то, как формируются эти загадочные объекты.
Бинарная звездная система MAXI J1820+070 была открыта в 2018 году. Масса черной дыры в 7 раз больше массы Солнца, а расстояние от Земли составляет всего 10 000 световых лет. Это одна из наименее массивных черных дыр, когда-либо наблюдавшихся.
Если черная дыра находится достаточно близко к звезде в двойной системе, то звезда не только будет вращаться вокруг черной дыры, но и будет отбирать материю у звезды. Когда этот материал падает в черную дыру, он образует аккреционный диск, который достаточно горяч, чтобы испускать оптическое и рентгеновское излучение. Система показывает некоторые интересные характеристики черной дыры: ее массу, вращение, скорость аккреции и угол наклона к звездной орбитальной оси.
Обычно в космических системах, где малые объекты вращаются вокруг массивного тела, ось вращения тела в основном выровнена и перпендикулярна оси вращения своих спутников. То же самое происходит и в нашей Солнечной системе: планеты вращаются вокруг Солнца в плоскости, примерно схожей с экваториальной плоскостью Солнца, а угол наклона между осью вращения Солнца и осью Земли составляет всего семь градусов.
«Наши результаты демонстрируют необходимость рассматривать угол смещения как свободный параметр при измерении масс и спинов черных дыр«, — пишут Фердинандо Патат и Микела Мапелли, астрономы, которые не участвовали в этом новом исследовании, но написали комментарий по этому поводу. Впервые достоверно зафиксирована такая большая разница — между осью вращения черной дыры и осью орбиты двойной системы, которой она принадлежит: более 40 градусов!
Финские исследователи использовали оптическую поляриметрию (измерение оптических вращений) для определения орбитальной оси рассматриваемой черной дыры. «Мы наблюдаем яркое оптическое и рентгеновское излучение как последний вздох уходящей материи, а также радиоизлучение от релятивистских струй, выброшенных из системы«, — пояснил в своем заявлении Юри Поутанен, профессор астрономии из Университета Турку и ведущий автор . Затем исследователи определили ось вращения черной дыры, наблюдая за этими струями.
Объединив эти наблюдения с предыдущими измерениями спина черной дыры и наклона орбиты, они обнаружили большой угол смещения спин-орбиты. «Разница более чем в 40 градусов между осью орбиты и вращением черной дыры была совершенно неожиданной«, — продолжает Поутанен. «Ученые часто предполагали, что эта разница была очень небольшой, когда они моделировали поведение материи в пространстве — времени, изогнутом вокруг черной дыры. Существующие модели уже очень сложны, и новые открытия заставляют нас добавить к ним новое измерение«.
По мнению исследователей, сильное смещение должно было произойти, как только образовалась черная дыра, до того, как система успела восстановиться. Как это часто бывает, сверхновая (гигантский взрыв звезды в конце ее жизни) в месте возникновения черной дыры, должно быть, вызвала мощный «толчок», в результате чего черная дыра сместилась. Астрофизики считают, что причиной может быть асимметрия в том, как взрывается сверхновая.
Эта идея уже рассматривалась для подобных систем в , но, похоже, новое наблюдение дает больше доказательств.