Mustad augud on alati olnud ühed kõige kummalisemad ja raskemini mõistetavad objektid kosmoses, kuid uus NASA uuring on sellele müsteeriumile lisanud veel ühe üllatusliku kihi. Kasutades röntgenkiirguse polarimeetria satelliiti IXPE, mõõtsid teadlased esimest korda detailselt, kuidas on polarisatsioonis joondunud röntgenkiired, mis lähtuvad musta augu süsteemist IGR J17091-3624. Tulemused mitte ainult ei ületanud varasemaid ootusi – need sundisid teadlasi ümber hindama mitmeid mustade aukude füüsika mudeleid. See avastus, mis tehti umbes 28 000 valgusaasta kaugusel asuva süsteemi analüüsimisel, võib saada üheks aluseks täiesti uute kosmoseuuringute standardite väljatöötamisel.
X-kiirte polarisatsioon – mis üllatas teadlasi?
2025. aasta märtsis kogutud IXPE andmed näitasid ebatavaliselt kõrget – koguni 9,1-protsendilist röntgenkiirguse polarisatsiooni taset 2–8 keV energia vahemikus. See on üks kõrgemaid sellistes süsteemides mõõdetud väärtusi ning mis veel olulisem – see saadi väga tugeva statistilise kindlusega. Polarisatsiooni nurk oli umbes 83 kraadi ning lisaks märgati ka vihjet, et polarisatsioon kasvab koos energia suurenemisega, kuigi seda signaali peetakse praegu veel ebakindlaks.
Polarisatsioon kirjeldab seda, kuidas valguse elektriväli ruumis on paigutunud. Seda võib ette kujutada kui peent sõrmejälgede mustrit, mis näitab, kuidas röntgenkiired on suhelnud musta augu ümbruses oleva ainega ning millise kujuga on seda ümbritsevad struktuurid. Antud juhul viitavad andmed palju korrapärasemale ja organiseeritumale keskkonnale, kui varem arvati.
Must auk, millel on „südame löök“
Süsteemi IGR J17091-3624 on teadlased juba ammu nimetanud „pulsseerivaks tähe surmaks“. Selle heledus nõrgeneb ja tugevneb regulaarselt, justkui oleks süsteemil oma kosmiline südamelöök. Nagu selgitab uurimisrühma liige Melissa Ewing Newcastle’i ülikoolist, võimaldas IXPE mõõtmine sellele veidrale käitumisele täiesti uue pilguga läheneda.
Must auk tõmbab lähedalasuvast tähest endasse ainet, mis moodustab kuuma akretsiooniketta. Ketta sisemises osas kujuneb välja korona – plasmapiirkond, mis kuumeneb kuni umbes 1,8 miljardi Fahrenheiti kraadini ja kiirgab intensiivset röntgenkiirgust. Kuigi see korona on erakordselt ere ja aktiivne, on ta liiga väike ja liiga kaugel, et seda oleks võimalik otseselt pildistada. Seetõttu on polarimeetria üks väheseid meetodeid, mis võimaldab korona tegelikku kuju ja struktuuri uurida.
Ebatavaliselt suur polarisatsioon – mida see näitab?
IXPE vaatluste ajal oli must auk nn kõva spektri olekus, mille puhul domineerib just korona tekitatud röntgenkiirgus. Spekter meenutas tugevat, „kõva“ astmefunktsiooni ning peegeldusnähtused olid nõrgad. Lisaks tuvastati ligikaudu 0,2 Hz tüüpi C kvasi-perioodiline võnkumine – iseloomulik rütmiline heleduse muutus, mis on sellistele süsteemidele tavaline.
Suurimaks üllatuseks osutus aga just polarisatsioon. Nagu selgitas Rooma Kolmanda Ülikooli teadlane Giorgio Matt, esineb nii kõrge polarisatsioonitase tavaliselt ainult siis, kui süsteemi vaadeldakse väga suure nurga alt, justkui peaaegu servast. Lisaks peaks siis ka korona olema eriliselt sümmeetrilise kujuga ja täpselt nii paigutunud, et selline efekt saaks tekkida.
Kas IGR J17091-3624 ongi tõepoolest nii erilise geomeetriaga süsteem? Vastus on hetkel teadmata, sest teadlased ei tea isegi seda, millises suunas on orienteeritud süsteemi raadiojuga ehk reaktiivne džuett. Teistes süsteemides langeb röntgenkiirguse polarisatsiooni suund sageli kokku raadiojoa suunaga, mis aitaks geomeetriat palju paremini mõista, kuid sel juhul lihtsalt puudub vajalik lisainfo.
Kust tuleb selline polarisatsioon? Kaks peamist hüpoteesi
Et selgitada välja, miks on polarisatsioon nii ebatavaliselt kõrge, katsetasid teadlased mitut teoreetilist mudelit. Ühe võimaliku seletuse järgi tekib akretsiooniketta pinnalt äärmiselt kuum plasmatuul. Kui röntgenkiired sellise vooga põrkuvad ja teatud nurga all peegelduvad, võib see tekitada just sellise polarisatsioonimustri, mida IXPE mõõdis.
Teine hüpotees on, et korona ise võib olla väike, kuid erakordselt kiire plasmajuga, mis liigub kuni 20% valguse kiirusest. Sel juhul mõjutaksid relatiivistlikud efektid röntgenkiirte suunda ja omadusi nii, et polarisatsioon suureneks ja pöörduks sobival moel. Mõlemad seletused on kooskõlas nn Komptoni hajumise protsessiga, kus kiirgus põrkab väga energiliste osakeste pealt, muutes nii oma suunda kui ka omadusi. Lõplikku vastust veel ei ole, kuid mõlemad ideed sobituvad praeguste IXPE andmetega üllatavalt hästi.
Mida see tähendab mustade aukude uurimisele?
Ehime ülikooli teadlane Maxime Parra rõhutab, et mustade aukude tuuled on üks olulisemaid seni puudunud lülisid kaasaegses astrofüüsikas. Kui me ei mõista, kuidas need tuuled tekivad, liiguvad ja röntgenkiirgusega suhtlevad, ei saa me ka täielikult aru, kuidas mustad augud kasvavad ja oma ümbruskonda kujundavad. Seetõttu võib IGR J17091-3624 polarisatsioonimõõtmine olla alles algus – esimene selge viide protsessidele, mis seni olid valdavalt teoreetilised spekulatsioonid.
NASA IXPE satelliit jätkab tulevikus sarnaste süsteemide vaatlemist ning teadlased loodavad saada veelgi tugevamaid ja selgemaid signaale. Kui ka teised mustad augud näitavad sarnaseid omadusi, võib osutuda vajalikuks põhjalikult ümber mõtestada, kuidas me mõistame koronasid, plasmavoogusid, tuuli ning nende seost kõige eredamate röntgenallikatega universumis. Teisisõnu: mustad augud ei muutu vähem, vaid hoopis veel salapärasemaks – kuid nüüd on teadlastel vähemalt uus tööriist, millega neid mõistatusi lahendama asuda.
Fotod on illustratiivsed © Canva, © NASA.
