NASA röntgenpolarimeetria observatooriumi IXPE tehtud vaatlused on paljastanud nähtuse, mis võib oluliselt muuta meie arusaama mustadest aukudest. Teadlased uurisid süsteemi IGR J17091–3624, mis asub ligikaudu 28 000 valgusaasta kaugusel. Selgus, et sellest lähtuv röntgenkiirgus on palju tugevamalt polariseeritud, kui varasemad mudelid ennustasid.
Polariseeritud valgus kui võti musta augu ümbrusse
Valguse polariseeritus kirjeldab, kuidas valguslaine elektriväli on ruumis suunatud. See teeb sellest väga olulise tööriista, millega uurida sündmusi vahetult musta augu läheduses. 2025. aasta märtsis mõõtis IXPE esimest korda röntgenkiirguse polariseeritust just selles süsteemis. Tulemused osutusid ootamatuteks ning sundisid teadlasi tavapäraseid seletusi kriitiliselt üle vaatama.
Uudis ei ole oluline ainult saadud arvude, vaid ka nende tekitatud küsimuste tõttu. Need puudutavad tulise plasma keerukat keskkonda, mis ümbritseb musti auke. Näib, et seni kasutatud lihtsustatud kujutlus sellest piirkonnast on liiga naiivne. Süsteemi käitumine on sedavõrd eripärane, et meenutab justkui kosmilist südame löögirütmi.
Mida IXPE nägi?
Vaatlused tehti energiaalas 2–8 keV, kus mõõdetud polariseerituse aste ulatus 9,1 protsendini. See tulemus kinnitati tugeva statistika abil ning polariseerituse suund oli umbes 83 kraadi. Leiti ka nõrk viide, et polariseeritus võib energiatõusuga suureneda, kuid see efekt polnud veel piisavalt kindel, et sellest teha lõplikke järeldusi.
Tavapäraselt ilmnevad sellised polariseerituse väärtused ainult siis, kui süsteemi vaadeldakse peaaegu külje pealt ja kui kiirgust kiirgav piirkond on väga korrapärase struktuuriga. Seetõttu muutus tulemus omamoodi mõistatuseks – see ei sobitunud lihtsa geomeetrilise pildiga. Teadlased rõhutavad, et tegemist on ühe silmapaistvama röntgenpolariseerituse juhtumiga selles kontekstis.
Karoonaseisund ja veider rütm
Vaatluste käigus oli must auk nn karoona domineeritud kovaltses olekus, kus enamik röntgenkiirgust tekib äärmiselt kuumas plasmaalas akretsiooniketta sisepiirkonnas. Spekter vastas kõva võimsusseaduse kujule ja peegeldusjoonte tunnused olid nõrgad. Lisaks märgati C-tüüpi kvasiperiodilisi võnkumisi sagedusega umbes 0,2 hertsi.
Newcastle’i Ülikooli teadlane Melissa Ewing rõhutab, et see süsteem nõrgeneb ja tugevneb perioodiliselt, justkui kosmiline südamelöök. Sellise käitumise põhjused on praegu veel teadmata, kuid need võivad olla otseselt seotud polariseerituse saladusega. Kuna karoona on väga väike ja meist kaugel, ei ole seda võimalik otseselt pildistada. Seetõttu muutub röntgenpolariseeritus üheks vähestest akendest, mis annab infot selle struktuuri kohta.
Mis võiks sellist polariseeritust põhjustada?
Ühe võimaliku seletuse järgi tõuseb akretsioonikettast üles tugev plasma tuul, mis kannab ainet süsteemist välja. Kui karoona röntgenkiirgus hajub selles tuules, võib polariseeritus suureneda kuni täheldatud tasemeni. See viitaks, et musta augu ümbrus on tihedam ja dünaamilisem, kui seni arvati.
Teise hüpoteesi kohaselt võib karoona plasma ise liikuda väljapoole kiirusega kuni viiendik valguse kiirusest. Sellised relatiivsusteooriaga kirjeldatavad liikumised võimendavad polariseeritust nii hajumisprotsesside kui ka suunatud kiirgusefektide kaudu. Mõlemal juhul seovad teadlased nähtut komptoniseerimisega – protsessiga, kus geomeetria, vaatenurk ja hajumine tihedas tuules koos kujundavad lõpliku signaali.
Mida oodata järgmisena?
Ehime Ülikooli teadlane Maxime Parra nimetab selliseid tuuli üheks olulisemaks puuduvaks lüliks mustade aukude kasvamise teooriates. Kui nende omadusi õnnestuks täpsemalt määrata, avaneks võimalus paremini mõista, kuidas mustad augud oma ümbrust kujundavad ja muudavad. Seetõttu plaanib IXPE tulevikus täiendavaid vaatlusi, mis võivad anda veelgi üllatavamaid tulemusi.
Praegu kinnitab erakordselt suur polariseeritus süsteemis IGR J17091–3624 mõtet, et mustade aukude karoonaehitus on keerukas ja tõenäoliselt pidevalt muutuv. See on järjekordne meeldetuletus, et isegi pärast aastakümnete pikkust uurimist ei ole mustad augud lõpuni mõistetud. Iga uus mõõtmine ei sulge küsimusi, vaid avab uusi uurimissuundi selle kohta, kuidas need kosmilised „mootorid“ tegelikult töötavad.
