تصرف الثقب الأسود في النظام GX 339-4 أثناء توهج عام 2021 كممثلة تغير أزياءها بين المشاهد. في الحالة الصلبة، ارتدى تاجين في وقت واحد: تاجًا ساخنًا منخفض الكثافة، وفوقه تاجًا دافئًا عالي الكثافة. وفي الحالة اللينة، بقي التاج الساخن فقط.
نظر علماء الفلك إلى الثقب الأسود في وقت واحد باستخدام ثلاثة تلسكوبات للأشعة السينية: NuSTAR وNICER وInsight-HXMT. وقاسوا كيفية توهج القرص حول الثقب. واتضح أنه إذا تم حساب تاج ساخن واحد فقط، فإن القرص في الحالة الصلبة يبدو أصغر بعشر مرات مما هو عليه في الحالة اللينة. وهذا يتناقض مع الرأي السائد بأن القرص يجب أن يكون أكبر في الحالة الصلبة.
ولكن عند إضافة التاج الدافئ الثاني، عادت أحجام القرص إلى وضعها الصحيح. في الحالة الصلبة، تبين أن القرص أكبر منه في الحالة اللينة، كما تتنبأ النظرية. يعمل التاج الدافئ مثل حجاب شفاف يخفي جزءًا من ضوء القرص.
يتبين أنه في الحالة الصلبة، يكون للثقب الأسود تاج مزدوج: ساخن من الخارج ودافئ من الداخل. في الحالة اللينة، يختفي التاج الدافئ ويبقى التاج الساخن فقط. هذا يشبه تغيير الملابس: عند الخروج، يرتدي المرء معطفًا وسترة، وفي المنزل يبقى السترة فقط.
هذا التاج المزدوج يفسر لماذا كان علماء الفلك في السابق يخلطون في أحجام القرص. بدون التاج الدافئ، بدا القرص أصغر مما كان عليه في الواقع. ومعه، يعود كل شيء إلى نصابه. لذلك، عند دراسة الحالات الصلبة للثقوب السوداء، من الضروري مراعاة التاج الدافئ.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2603.08917
We present a broadband spectral analysis of the black hole X-ray binary GX 339-4 during its 2021 outburst, covering both hard and soft spectral states. Using simultaneous observations from NuSTAR, NICER, and Insight-HXMT, we investigate the evolution of the accretion disk with a focus on the disk normalization derived from the diskbb component, which serves as a proxy for the apparent inner disk radius. In the standard single Comptonization model, the disk normalization in the hard state is more than an order of magnitude lower than in the soft state ($$\sim$$0.3$$\times$$10$$^3$$ vs. $$\sim$$3.0$$\times$$10$$^3$$). This result contradicts the widely accepted view that the disk radius is smaller in the soft state than in the hard state. By incorporating an additional warm Comptonization component, the disk normalization in the hard state increases to values ($$\gtrsim 10^4$$) exceeding those in the soft state ($$\sim 10^3$$), yielding results consistent with a physically truncated, cooler accretion disk. The results of this work support the presence of a dual-corona geometry in the hard state, comprising both a hot, optically thin corona and a warm, optically thick corona, while the soft state spectrum is well described by a single hot Comptonization component alone. Our findings emphasize the importance of including a warm corona in hard-state spectra, as it leads to a more physically consistent picture of the accretion geometry across spectral states.
يمكن أن تصل درجة حرارة التاج الساخن حول الثقب الأسود إلى مليار درجة، أي أكثر سخونة بمئات المرات من مركز الشمس.
في فيلم «Interstellar»، يظهر الثقب الأسود Gargantua بقرص تراكمي لامع، ولكن دون أي إشارة إلى التاج المزدوج الذي رصده علماء الفلك في GX 339-4.