Начиная с 1970-х годов астрономы обсуждали природу объекта под названием Лебедь Х-1 (Cygnus X-1), самого яркого источника рентгеновского излучения в созвездии Лебедя. Этот объект находится в нашей галактике вблизи крупных областей активного звездообразования. Как хорошо заметно на приводимой ниже фотографии, в оптическом диапазоне Лебедь Х-1 надежно отождествляется с довольно яркой (~9m) голубоватой звездой класса O9. Но в рентгеновском диапазоне излучает все же не эта звезда, а ее невидимый спутник.

Лебедь Х 1

Лебедь Х-1 в оптическом диапазоне виден как горячая звезда-гигант в созвездии Лебедя. Но рентгеновское излучение идет не от нее, а от вещества, перетекающего с этой звезды на невидимый спутник. Фото: Digitized Sky Survey (DSS)

Спутник был открыт по смещению длины волн линий в спектре голубой звезды. Период составлял 5,6 дня. Это значит, что невидимый компонент находится очень близко от звезды. Из отношения амплитуд лучевых скоростей астрономы вычислили нижний предел массы спутника. Она оказалась равной половине массы главной звезды, то есть примерно в 10 раз превосходила массу Солнца. В связи с этим возник вопрос: почему столь массивный спутник невидим в оптическом диапазоне, и при этом очень ярок в рентгеновском?

Тогда же, в 70-х годах появились первые свидетельства того, что источник Лебедь Х-1 представляет собой черную дыру звездной массы. А мощное рентгеновское излучение порождается в результате перетекания на нее вещества с голубой звезды-спутника. Падая на черную дыру, плазма закручивается в аккреционный диск и разогревается до гигантских температур. При этом часть вещества выбрасывается прочь от черной дыры в виде тонких, противоположно направленных струй, как это показано на картинке.

система лебедь x 1

Лебедь Х-1 в изображении художника. Черная дыра звездной массы поглощает вещество звезды-спутника. Падая на черную дыру, вещество формирует вращающийся аккреционный диск (показан красным и оранжевым). Источник: NASA/CXC/M.Weiss

До поры до времени в научной среде существовали альтернативные объяснения происходящему в системе Лебедь Х-1. Так, с 1974 года продолжался шутливый спор между двумя крупнейшими физиками-теоретиками, Стивеном Хоукингом и Кипом Торном. Согласно Хоукингу, Лебедь Х-1 не являлся черной дырой, но в 1990 году он признал свое поражение.

Со времени своего открытия (в 1964 году) источник Лебедь Х-1 активно изучается в самых разных диапазонах — от радио- до рентгеновского. С течением времени мы узнаем все больше подробностей об этой необычной паре. Относительно недавно в препринтах вышла работа с новыми высокоточными данными о черной дыре. Ученым удалось измерить скорость ее вращения, уточнить массу и расстояние до нее. Результаты опубликованы в специальном пресс-релизе.

Три космические обсерватории, работающие в рентгеновском диапазоне — Чандра, RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer) и ASCA (Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics) — помогли астрономам определить скорость вращения Лебедь X-1 с беспрецедентной точностью. Оказалось, что черная дыра крутится со скоростью, близкой к максимальной. Ее горизонт событий — точка невозврата для вещества, падающего на черную дыру, — делает более 800 оборотов в секунду!

Оптические наблюдений звезды-компаньона и ее движения вокруг невидимого спутника дали самое точное на сегодняшний день определение массы Лебедя X-1, которая оказалась в 14,8 раз выше массы Солнца. (Совершенно ясно, что черная дыра образовалась в результате коллапса массивной звезды.) Исследователи также заявили, что им удалось получить наиболее точную оценку расстояния до Лебедя Х-1 с помощью радионаблюдений на Very Long Baseline Array (VLBA). Новая оценка расстояния дает около 6070 световых лет от Земли. Возможно более точное определение расстояния было необходимо для определения массы и спина черной дыры.