Tyrėjai iš Turku universiteto Suomijoje nustatė, kad sukimosi ašis a[{” 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. 

Menininko įspūdis apie dvejetainę rentgeno sistemą MAXI J1820 + 070, kurioje yra juodoji skylė (mažas juodas taškas dujinio disko centre) ir žvaigždė kompanionė. Išilgai juodosios skylės sukimosi ašies nukreipiama siaura srovė, kuri stipriai nukrypusi nuo orbitos sukimosi ašies. Paveikslas buvo padarytas su vėjeliu. Kreditas: R. Hynes

Stebėdami šiuos purkštukus, mokslininkai galėjo labai tiksliai nustatyti juodosios skylės sukimosi ašies kryptį. Kai vėliau iš žvaigždės kompanionės į juodąją skylę krentančių dujų kiekis pradėjo mažėti, sistemos temperatūra atvėso, o didelė dalis šviesos sistemoje atkeliavo iš žvaigždės kompanionės. Tokiu būdu tyrėjams pavyko išmatuoti orbitos polinkį naudojant spektroskopinius metodus, ir tai maždaug sutapo su balistikos pokrypiu.

„Norint nustatyti 3D orbitos orientaciją, taip pat reikia žinoti sistemos padėties kampą danguje, o tai reiškia, kaip sistema sukasi danguje šiaurės krypties atžvilgiu. Tai buvo išmatuota naudojant poliametrijos metodus”, – sakoma pranešime. Jurijus Potaninas.

„Science“ paskelbti rezultatai atveria įdomių juodųjų skylių susidarymo ir tokių sistemų evoliucijos tyrimų perspektyvų, nes sunku pasiekti tokį kraštutinį pusiausvyros sutrikimą daugelyje juodųjų skylių susidarymo ir dvejetainės evoliucijos scenarijų.

Daugiau nei 40 laipsnių skirtumas tarp orbitos ašies ir juodosios skylės sukimosi buvo visiškai netikėtas. Mokslininkai dažnai manė, kad šis skirtumas buvo labai mažas, kai jie modeliavo materijos elgesį išlenktoje laiko erdvėje aplink juodąją skylę. Esami modeliai jau yra sudėtingi, o dabar nauji atradimai verčia juos pridėti naują dimensiją“, – sako Potaninas.

Nuoroda: Guri Potanin, Alexandra Veledina, Andrei V Berdyugina, Svetlana V Berdyugina, Helen Germak, Peter J. Juncker, Gary JE Kagava, Ilja Kozenkov Vadimas Kravcovas Filippo Perola, Manisha Shrestha, Manuelis A. Perezas-Torresas ir Serge’as S. Tsygankov, 2022 m. vasario 24 d. Galima rasti čia. žinoti.
DOI: 10.1126 / science.abl4679

Pagrindinis atradimas buvo atliktas naudojant viduje pastatytą DIPol-UF poliarimetrą, sumontuotą Šiaurės optiniame teleskope, kartu priklausantį Turku universitetui. Orhuso universitetas Danijoje.