Kaksoistähtijärjestelmissä olevista tähtien massaisista mustista aukoista havaitaan ajoittain muuttuvaa valon polarisaatiota. Polarisaation astetta, kulmaa ja vaihtelukuviota voidaan käyttää kuvaamaan mustan aukon läheisyydessä tapahtuvia fysikaalisia prosesseja. Tutkimalla mustia aukkoja tähtitieteilijät oppivat kuinka aine ja energia käyttäytyvät äärimmäisissä olosuhteissa.
Tähtien massaiset mustat aukot syntyvät, kun suuri ja kirkas tähti kuluttaa loppuun sisäisen energianlähteensä, mikä johtaa kirkkaaseen räjähdykseen, joka tunnetaan nimellä supernova. Jos jäljelle jäävä tähden ydin on riittävän tiheä, se romahtaa ja muodostaa mustan aukon. Kaksoistähtijärjestelmissä olevat mustat aukot vuorovaikuttavat kumppanitähtiensä kanssa ja sieppaavat näistä karkaavaa ainetta. Mustat aukot kuluttavat sieppaamansa ainetta hitaasti muodostaen litteän ja pyöreän kiekkomaisen rakenteen ympärilleen. Aineen kertyminen tuottaa joskus kollimoituja ainevirtoja tai suihkuja, jotka purkautuvat mustan aukon pyörimisakselin suuntaisesti. Pyörimisnopeus, massa ja varaus kuvaavat yksiselitteisesti mustan aukon fysikaalisia ominaisuuksia.
Useat kilpailevat mallit voivat selittää tällaisten kohteiden kirkkauksien muutokset, mutta näitä malleja on vaikea erottaa toisistaan. Polarisaation vaihtelua voidaan käyttää lisävälineenä rajoittamaan ja mahdollisesti sulkemaan pois sopimattomia malleja, mikä auttaa tiedeyhteisöä ymmärtämään paremmin mustia aukkoja ja niiden elinkaarta. Mustat aukot ovat tärkeitä fysiikalle myös yleisesti ottaen, sillä yleinen suhteellisuusteoria ohjaa tapahtumia mustan aukon lähellä.
Mustan aukon sisältämästä kaksoisjärjestelmästä havaittavaa valoa tuottavat useat komponentit: kumppanitähti, kertymäkiekko, suihku, ja kuuma aine mustan aukon läheisyydessä. Jokaisella komponentilla on omanlaisensa kirkkauden ja polarisaation vaihtelu, tai ei lainkaan polarisaatiota. Koska jokaisen komponentin suhteellinen osuus vaihtelee ajan mittaan, on varsin vaikea luotettavasti tunnistaa, mikä komponentti on vastuussa säteilystä tiettynä ajankohtana. Jos polarisaation vaihtelua havaitaan, sen riippuvuus kirkkauden vaihteluista auttaa paremmin ymmärtämään säteilyä tuottavia fysikaalisia prosesseja ja sulkemaan pois epäuskottavia vaihtoehtoja.
– Havaitsimme joukon musta aukko -kaksoisjärjestelmiä Dipol-2 ja DiPol-UF polarimetrien avulla. Molemmat havaintolaitteet rakennettiin Turun yliopistossa yhteistyössä saksalaisen Leibnizin aurinkofysiikan instituutin kanssa. Ottaen huomioon tähtienvälisen aineen polarisaation, jonka aiheuttavat avaruudessa olevat pölyhiukkaset Maan ja kohteen välillä, löysimme kahdesta järjestelmästä pientä mutta tilastollisesti merkittävää polarisaation vaihtelua, Kosenkov kertoo.
Tulokset antoivat lisätietoa näiden kohteiden kehityksestä ja paljastivat mahdollisen kiertymän mustan aukon pyörimisakselin ja kaksoisjärjestelmän kiertoradan akselin välillä yhdessä kohteista. Tällä on merkittäviä vaikutuksia tähtien massaisten mustien aukkojen tutkimukselle.
Kuva: ESO/L. Calçada/M.Kornmesser
***
MSc Ilia Kosenkov esittää väitöskirjansa ”High-Precision Polarimetric, Broad-Band Spectroscopic and Temporal Studies of Black Hole X-ray Binaries” julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 8.10.2021 klo 12.00.
Väitöstilaisuutta voi seurata etänä: https://utu.zoom.us/j/68922340529
Vastaväittäjänä toimii akateemikko Eugene Churazov (Space Research Insitute (IKI), Venäjä ja
Max Planck Institute for Astronomy, Saksa) ja kustoksena professori Juri Poutanen (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen. Väitöksen alana on tähtitiede.
Turun yliopisto seuraa aktiivisesti koronavirustilannetta ja viranomaisten ohjeita. Yliopisto päivittää ohjeitaan tilanteen mukaan. Ohjeet ja linkit löytyvät osoitteesta: utu.fi/koronavirus
Väittelijän yhteystiedot: ilia.kosenkov@outlook.com tai ilia.kosenkov@utu.fi p. +35846 905 0828
