Лебедь X-1 — галактический источник рентгеновского излучения, расположенный в северном созвездии Лебедя. Считается, что источником рентгеновского излучения является черная дыра звездной массы, образовавшаяся в результате коллапса массивной звезды примерно 5-6 миллионов лет назад. Это один из самых мощных обнаруженных источников рентгеновского излучения, и он был первым источником рентгеновского излучения, который был признан кандидатом в черные дыры.
Лебедь X-1 является частью массивной рентгеновской двойной системы, находящейся примерно в 6070 световых годах от Земли. Обнаруженный в 1964 году, он является одним из наиболее изученных объектов в своем классе. Это также один из самых сильных известных постоянных источников рентгеновского излучения.
Масса Лебедя X-1 в 14,8 раза больше массы Солнца, а его компактные размеры указывают на то, что он не может быть обычной звездой или каким-либо другим объектом, кроме черной дыры.
Лебедь X-1 имеет горизонт событий радиусом около 44 километров. Горизонт событий — это область пространства вокруг черной дыры с гравитационным полем, достаточно сильным, чтобы препятствовать проникновению электромагнитного излучения изнутри. По сути, все, что проходит за горизонт событий, не может уйти. Лебедь X-1 вращается со скоростью, близкой к максимальной, а горизонт событий вращается более 800 раз в секунду, что составляет почти половину скорости света.
Физики Стивен Хокинг и Кип Торн заключили дружеское пари по поводу Лебедя X-1 в 1974 году, причем Хокинг поставил на то, что объект не был черной дырой. В 1990 году он отказался от пари после того, как дополнительные данные наблюдений подтвердили теорию о том, что в системе действительно есть черная дыра.
Сегодня теория получила широкое признание, хотя без прямых наблюдений ее невозможно подтвердить.
Рентгеновская двойная система состоит из компактного объекта Лебедь X-1 и голубого сверхгиганта, обозначенного HDE 226868, вокруг которого Лебедь X-1 обращается на расстоянии около 0,2 астрономических единиц – примерно 20 процентов расстояния от Земли до Солнца – с периодом обращения 5,599829 дней. Лебедь X-1 и звезда-сверхгигант не затмеваются, Лебедь X-1 никогда не заходит за звезду. Масса черной дыры оценивается примерно в 14,8 массы Солнца, в то время как сверхгигант, как полагают, имеет 19,2 массы Солнца.
Аккреционный диск вокруг источника рентгеновского излучения захватывает материал из звездного ветра звезды-сверхгиганта и нагревает его до миллионов градусов. В результате из источника генерируется рентгеновское излучение, и пара струй уносит часть энергии, генерируемой материалом, в космос.
Пара Лебедь X-1 и HDE 226868, возможно, принадлежит к звездной ассоциации Лебедь OB3, поскольку они имеют общее движение в пространстве со звездами, принадлежащими к ассоциации. Если двойная система действительно является членом ассоциации, предполагаемый возраст Лебедя X-1 и HDE 226868 составил бы около 5 миллионов лет, а звезда-прародительница, которая схлопнулась в черную дыру, была бы более чем в 40 раз массивнее Солнца, поскольку крупнейший член ассоциации Лебедя OB3 имеет 40 масс Солнца. Считается, что звезда-прародительница потеряла более 30 масс вещества, часть которого, возможно, перешла к звезде-сверхгиганту, поскольку обогащение внешней атмосферы звезды гелием может указывать на то, что между ними произошел массообмен.
Сверхгигантская звезда HDE 226868 принадлежит к спектральному классу O9.7 Iab. Ее масса в 20-40 раз больше солнечной, а радиус примерно в 15-17 раз больше чем у нашего светила. Эта звезда в 300 000-400 000 раз ярче Солнца и находится на расстоянии 6100 световых лет от Земли. Считается, что Лебедь X-1 обращается вокруг звезды на расстоянии около 40 солнечных радиусов.
Поверхность сверхгиганта искажена приливом под действием силы тяжести Лебедя X-1, в результате чего звезда имеет форму, похожую на каплю, которая еще больше искажается при вращении. В профиль HDE 226868 будет выглядеть как яйцо, маленький конец которого направлен в сторону черной дыры. Из-за того, что звезда не сферическая, видимая звездная величина HDE 226868 меняется на 0,06 величины на каждом витке. Она наиболее тусклая, когда двоичная система выровнена с линией визирования, и классифицируется как эллипсоидальная переменная.
Без газа и пыли между звездой и нашей солнечной системой HDE 226868 была бы звездой пятой величины, видимой без бинокля.
Черная дыра
Лебедь X-1 был обнаружен рентгеновскими приборами, которые были установлены на зондирующей ракете, запущенной в Нью-Мексико с ракетного полигона Уайт Сэндс. В 1964 году была проведена съемка для составления карты источников рентгеновского излучения с использованием двух суборбитальных ракет Aerobee, оснащенных счетчиками Гейгера для измерения выбросов. Лебедь X-1 был одним из восьми источников рентгеновского излучения, обнаруженных в ходе исследования.
Доказательства существования черных дыр – как черных дыр звездной массы, таких как Лебедь X-1, так и сверхмассивных черных дыр, таких как Стрелец A*, которые примерно в миллион раз тяжелее и находятся в центрах галактик – были обнаружены примерно за последние 50 лет, но на момент открытия Лебедя X-1 они все еще считались гипотетическими объектами. Черные дыры невозможно наблюдать непосредственно, а это значит, что доказать их существование сложно. Наиболее убедительные доказательства получены из двойных систем, таких как Лебедь X-1 / HD 226868 или Лебедь V404, в которых наблюдаемая звезда вращается вокруг массивного, но невидимого объекта.
В 1970 году НАСА запустило спутник Uhuru, который обнаружил 300 новых источников рентгеновского излучения и раскрыл новую информацию о Лебеде X-1. Наблюдения показали колебания интенсивности рентгеновского излучения, происходящие несколько раз в секунду. Это означало, что энергия генерировалась в районе примерно 105 километров, что было относительно небольшим.
Источник рентгеновского излучения был точно зафиксирован на звезде HDE 226868 в апреле и мае 1971 года, когда астрономы Лейденской обсерватории и Национальной радиоастрономической обсерватории проводили независимые наблюдения за системой. Звезда — сверхгигант, расположена примерно в половине градуса от Эта Лебедя. Поскольку звезда не способна излучать такое количество рентгеновских лучей, ученые предположили, что у нее должен был быть спутник, способный нагревать газ до исключительно высоких температур, необходимых для образования выбросов.
Массивный скрытый спутник сверхгиганта был обнаружен в том же году астрономами Королевской Гринвичской обсерватории и обсерватории Дэвида Данлапа при Университете Торонто. Спутник был обнаружен путем измерения доплеровского смещения спектра звезды-сверхгиганта. Поскольку масса спутника, оцененная по параметрам орбиты, была исключительно высокой, объект был принят за черную дыру, потому что альтернатива – нейтронная звезда не могла бы иметь массу, более чем в 3 раза превышающую массу Солнца.
Нейтронные звезды обычно демонстрируют пульсации со стабильным периодом, а измерения движения Лебедя X-1 показали, что он двигался довольно медленно относительно Млечного Пути, что позволяет предположить, что он не был создан в результате взрыва сверхновой. Если бы это было так, он бы быстрее перемещался по Млечному Пути. Звезда-прародительница оставалась на орбите, что позволяет предположить, что она не погасла как сверхновая, поскольку, скорее всего, была выброшена из звездной системы с высокой скоростью.
В 1992 году высокоскоростной фотометр космического телескопа Хаббл, возможно, обнаружил признаки наличия горизонта событий вокруг Лебедя X-1, когда он зафиксировал два последних выброса энергии от вещества, проходящего через то, что предположительно является горизонтом событий.
В 2006 году Лебедь X-1 стал первым кандидатом на звание черной дыры звездной массы, продемонстрировавшим признаки гамма-излучения в диапазоне высоких энергий.
| Наблюдательные данные | |
|---|---|
| Прямое восхождение | 19ч 58м 21,68с |
| Склонение | +35° 12′ 5,78″ |
| Расстояние | 2252,76 ± 75,6164 пк |
| Видимая звёздная величина (V) | 8.95 |
| Созвездие | Лебедь |
| Физические характеристики | |
| Масса | 14,8 M⊙ |
| Радиус | 20–22 R⊙ |
| Возраст | 5 млн лет |
| Температура | 31 000 K |
| Светимость | (3–4)⋅105 L⊙ |
| Вращение | 106 км/с |
