Μια μαύρη τρύπα σε τροχιά δίπλα της – «εντελώς απροσδόκητο»

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Τούρκου στη Φινλανδία διαπίστωσαν ότι ο άξονας περιστροφής του α[{” 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. 

Η εντύπωση ενός καλλιτέχνη για το δυαδικό σύστημα ακτίνων Χ MAXI J1820 + 070 που περιέχει μια μαύρη τρύπα (ένα μικρό μαύρο σημείο στο κέντρο του αέριου δίσκου) και ένα αστέρι συνοδό. Ένας στενός πίδακας κατευθύνεται κατά μήκος του άξονα περιστροφής της μαύρης τρύπας, ο οποίος είναι έντονα λοξός από τον άξονα περιστροφής της τροχιάς. Η εικόνα δημιουργήθηκε με ένα αεράκι. Πίστωση: R. Hynes

Ακολουθώντας αυτούς τους πίδακες, οι ερευνητές μπόρεσαν να προσδιορίσουν την κατεύθυνση του άξονα περιστροφής της μαύρης τρύπας με μεγάλη ακρίβεια. Όταν η ποσότητα του αερίου που έπεφτε από το συνοδό αστέρι στη μαύρη τρύπα αργότερα άρχισε να μειώνεται, η θερμοκρασία του συστήματος ψύχθηκε και ένα μεγάλο μέρος του φωτός στο σύστημα προήλθε από το συνοδό αστέρι. Με αυτόν τον τρόπο, οι ερευνητές μπόρεσαν να μετρήσουν την κλίση της τροχιάς χρησιμοποιώντας φασματοσκοπικές τεχνικές, και αυτό συνέπεσε περίπου με την κλίση της βαλλιστικής.

“Για να προσδιοριστεί ο τρισδιάστατος προσανατολισμός της τροχιάς, χρειάζεται επίσης να γνωρίζουμε τη γωνία θέσης του συστήματος στον ουρανό, που σημαίνει πώς το σύστημα περιστρέφεται σε σχέση με την κατεύθυνση βόρεια στον ουρανό. Αυτό μετρήθηκε χρησιμοποιώντας τεχνικές πολωμετρίας”, λέει. Juri Potanin.

Τα αποτελέσματα που δημοσιεύθηκαν στο Science ανοίγουν ενδιαφέρουσες προοπτικές για μελέτες σχηματισμού μαύρης τρύπας και εξέλιξης αυτών των συστημάτων, καθώς μια τέτοια ακραία ανισορροπία είναι δύσκολο να επιτευχθεί σε πολλά σενάρια σχηματισμού μαύρης τρύπας και δυαδικής εξέλιξης.

Η διαφορά άνω των 40 μοιρών μεταξύ του τροχιακού άξονα και της περιστροφής της μαύρης τρύπας ήταν εντελώς απροσδόκητη. Οι επιστήμονες συχνά υπέθεταν ότι αυτή η διαφορά ήταν πολύ μικρή όταν μοντελοποίησαν τη συμπεριφορά της ύλης σε έναν καμπύλο χρόνο γύρω από μια μαύρη τρύπα. Τα υπάρχοντα μοντέλα είναι ήδη πολύπλοκα και τώρα τα νέα ευρήματα μας αναγκάζουν να προσθέσουμε μια νέα διάσταση σε αυτό», λέει ο Potanin.

Αναφορά: «Ανισορροπία περιστροφής μαύρης τρύπας τροχιάς-τροχίας σε δυαδικό ακτίνων Χ MAXI J1820+070» των Guri Potanin, Alexandra Veledina, Andrei V Berdyugina, Svetlana V Berdyugina, Helen Germak, Peter J. Juncker, Gary JE Kagava, Ilya Kozenkov, Vadim Kravtsov Filippo Perola, Manisha Shrestha, Manuel A. Perez-Torres και Serge S. Tsygankov, 24 Φεβρουαρίου 2022 Διαθέσιμο εδώ. να γνωρίζεις.
DOI: 10.1126 / Science.abl4679

Το κύριο αποτέλεσμα προέκυψε χρησιμοποιώντας το εσωτερικό πολωσίμετρο DIpol-UF που είναι εγκατεστημένο στο βόρειο οπτικό τηλεσκόπιο, που ανήκει από κοινού στο Πανεπιστήμιο του Τούρκου με Πανεπιστήμιο Aarhus στη Δανία.