Фонарь светит сквозь густой туман. Свет рассеивается на каплях воды, и фонарь кажется размытым. Вокруг чёрной дыры происходит нечто похожее: горячий газ, как туман, окутывает её, а рентгеновские лучи из внутренних частей диска пробиваются сквозь это облако. Только «капли» здесь — электроны, а сам «туман» называют короной.
Авторы новой работы построили модель такой короны для чёрной дыры, которая всасывает вещество очень медленно — примерно одну сотую от максимально возможного темпа. Они учли не только рассеяние света на электронах, но и рождение пар: когда два фотона сталкиваются с достаточной энергией, они могут превратиться в электрон и его античастицу — позитрон. Этот процесс, как оказалось, сильно сгущает корону и прижимает её ближе к чёрной дыре.
Модель позволила вычислить, как будет выглядеть рентгеновское излучение для наблюдателя под разными углами. Оказалось, что степень поляризации (то, насколько световые волны колеблются в одной плоскости) в диапазоне 2–8 кэВ достигает 4–10%. Эти цифры хорошо согласуются с данными реальных двойных систем, где чёрная дыра перетягивает вещество с соседней звезды. Такой «рентгеновский фонарь» помогает заглянуть в самое сердце аккрецирующей чёрной дыры.
как её написали авторы, на английском arXiv:2604.24961
We build a self-consistent model of a warm scattering corona near an accreting black hole in Kerr geometry, in the regime of slow ($$\sim 0.01$$ Eddington) mass accretion. An iterative Monte Carlo procedure is developed that incorporates self-consistently the effects of Compton scattering and electron-positron pair creation, as well as general relativistic lensing and frame dragging effects. Soft thermal photons are seeded in the inner disk and the velocity dispersion of the electrons and positrons adjusted to yield a fixed seed luminosity amplification through Compton scattering. A simple kinematic prescription is also added for bulk outflow. Pair creation by photon collisions raises significantly the density of scattering charges in and around the innermost ion disk, which is assumed to be geometrically thick and rarefied compared with the disk outside 10 gravitational radii. The self-consistent pair cloud is concentrated closer to the BH. The spectrum and polarization of the escaping X-rays are recorded as a function of the observer's orientation. The temperature and Compton parameter measured from the output spectra using the compPS package are consistent with fits to binary BH data in the hardest spectral state; the polarization degree rises to $$4-10\%$$ through the 2-8 keV band with allowance for $$e^\pm$$ upflow from the BH equator.
Электрон-позитронные пары в короне чёрной дыры рождаются из чистой энергии — два фотона сталкиваются и исчезают, а вместо них появляются две частицы с массой. Это прямой пример формулы E=mc² в действии.
В романе «Аччелерандо» Чарльза Стросса описываются цивилизации, использующие аккреционные диски чёрных дыр как источники энергии и сырья для производства антиматерии — почти как в этой модели.