Лебідь X-1 () — подвійна зоряна система в сузір'ї Лебедя, яка складається з блакитного надгіганта й чорної діри, яка захоплює зоряний вітер від надгіганта, і навколо неї утворюється гарячий акреційний диск, який яскраво світиться в рентгенівському діапазоні. Це робить Лебідь X-1 рентгенівською подвійною системою й одним з найяскравіших рентгенівських джерел на земному небі.
Компоненти подвійної системи розташовані на відстані близько 7 000 світлових років від Землі й 0,2 а.о. один від одного. Ця система може належати до зоряної асоціації Лебідь OB3. Маса чорної діри становить близько 15 мас Сонця, а надгіганта — близько 30 мас Сонця. Імовірно, подвійна система виникла близько 5 мільйонів років тому, а початкова маса більшої зорі перевищувала 40 мас Сонця, але протягом еволюції ця зоря втратила більшу частину своєї маси у формі зоряного вітру і зрештою сколапсувала в чорну діру.
Лебідь X-1 відкрили 1964 року за допомогою суборбітальної ракети, і він дотепер залишається одним із найдетальніше досліджених астрономічних об'єктів свого класу. 1975 року Лебідь X-1 став предметом дружнього наукового парі між Стівеном Гокінгом і Кіпом Торном: Гокінг ставив на те, що компактний об'єкт у системі не є чорною дірою, при цьому сподіваючись програти. 1990 року під тиском нових спостережних даних Гокінг визнав свою поразку й погодився, що це чорна діра. Загалом компактний компонент Лебедя X-1 став першою загальновизнаною чорною дірою в подвійних рентгенівських системах.
Відкриття та спостереження Спостереження рентгенівського випромінювання дає змогу вивчати небесні явища, пов'язані з газом температурою в мільйони градусів. Однак через те, що рентгенівське випромінювання поглинає атмосфера Землі, спостерігати небесні рентгенівські джерела неможливо без виведення приладів за межі атмосфери. Лебідь X-1 відкрили за допомогою рентгенівських приладів, встановлених на геофізичній ракеті, запущеній з ракетного полігону «Вайт Сендс» у Нью-Мексико. У межах тривалої програми картографування таких джерел 1964 року провели огляд за допомогою двох суборбітальних ракет . Ракети несли лічильники Гейгера для вимірювання рентгенівського випромінювання в діапазоні довжин хвиль 1– на ділянці неба завширшки 8,4°. Під час обертання ракет ці прилади сканували небо, створюючи карту щільно розташованих смуг огляду.
Унаслідок цих оглядів відкрили вісім нових джерел космічного рентгенівського випромінювання, зокрема Лебідь XR-1 (згодом Лебідь X-1) у сузір'ї Лебедя. Небесні координати цього джерела оцінили як пряме піднесення 19h53m і схилення 34,6°. Його не пов'язували з жодним особливо помітним радіо- чи оптичним джерелом на цій ділянці неба. Це рентгенівське джерело є одним із найяскравіших на земному небі й має максимальну густину потоку ().
Усвідомлюючи потребу в триваліших дослідженнях, 1963 року Ріккардо Джакконі та запропонували перший орбітальний супутник для вивчення рентгенівських джерел. НАСА запустило свій супутник «Ухуру» в 1970 році, що дозволило виявити 300 нових рентгенівських джерел. Тривалі спостереження «Ухуру» за Лебедем X-1 показали коливання інтенсивності рентгенівського випромінювання, що відбуваються кілька разів на секунду. Така швидка змінність означала, що рентгенівське випромінювання має виникати в компактній області розміром не більш як ~ (приблизно розміром із Юпітер)This is the distance light can travel in a third of a second., оскільки швидкість світла обмежує передавання впливів між віддаленішими ділянками.
У квітні-травні 1971 року Люк Брес і Джордж Майлі з Лейденської обсерваторії, а незалежно від них Роберт Єллмінг і Кемпбелл Вейд у Національній радіоастрономічній обсерваторії, виявили радіовипромінювання від Лебедя X-1, а визначене ними точне положення джерела радіовипромінювання ототожнило рентгенівське джерело із зорею AGK2 +35 1910, вона ж HDE 226868. На небесній сфері ця зоря лежить приблизно за пів градуса від зорі 4-ї зоряної величини η Лебедя. HDE226868 є типовим надгігантом спектрального класу O. Потужне рентгенівське випромінювання ЛебедяX-1 могло виникати через акрецію газу з HDE226868 на компактний об'єкт і нагрів газу до дуже високих температур під час такої акреції.
і з Гринвіцької королівської обсерваторії та незалежно від них з в Торонтському університеті оголосили 1972 року про відкриття масивного невидимого компаньйона HDE 226868. Вимірювання доплерівського зсуву в спектрі зорі довели наявність компаньйона й дали змогу оцінити його масу за орбітальними параметрами. З огляду на велику передбачену масу об'єкта вони припустили, що це може бути чорна діра, оскільки максимально можлива маса нейтронної зорі не перевищує 3 мас Сонця.
Подальші спостереження дедалі більше зміцнювали ці аргументи, і наприкінці 1973 року астрономічна спільнота загалом визнала, що компактний об'єкт Лебедя X-1 найімовірніше є чорною дірою. Точніші вимірювання Лебедя X-1 виявили його змінність на часових масштабах порядку 1 мілісекунди. Такий інтервал узгоджується з турбулентністю в диску речовини навколо чорної діри — акреційному диску. Рентгенівські спалахи тривалістю близько третини секунди відповідають очікуваному часовому масштабу падіння речовини до чорної діри.
Відтоді Лебідь X-1 є об'єктом детальних досліджень за допомогою орбітальних і наземних інструментів. Подібність випромінювання рентгенівських подвійних систем, таких як HDE 226868/Лебідь X-1, та активних ядер галактик вказує на спільний механізм енерговиділення за участю чорної діри, акреційного диска та релятивістських джетів. Тому Лебідь X-1 зараховують до класу об'єктів, званих мікроквазарами — меншого за масштабом аналога квазарів. Наукові дослідження подвійних систем на кшталт HDE 226868/Лебідь X-1 сприяють розумінню фізики активних галактик.
Подвійна система Чорна діра і блакитний надгігант утворюють подвійну систему, у якій вони обертаються навколо спільного центра мас з періодом 5,599829 доби. Під час спостереження з Землі компактний об'єкт ніколи не заходить за іншу зорю, тобто система не є затемнювано-подвійною. Однак нахил орбітальної площини до лінії зору із Землі залишається невизначеним: оцінки варіюються від 27° до 65°. У дослідженні 2007 року нахил оцінили в , а велика піввісь становить приблизно , або 20 % відстані від Землі до Сонця. Вважають, що ексцентриситет орбіти дорівнює лише , тобто орбіта майже колова. Очікують, що через п'ять мільярдів років система зіллється в одну чорну діру, можливо, породивши під час цього процесу гравітаційні хвилі.
Лебідь X-1 має таку ж швидкість, як асоціація масивних зір Лебідь OB3, що також розташована приблизно за 7 000 світлових років від Землі. Це означає, що Лебідь X-1 і ця OB-асоціація, ймовірно, утворилися одночасно й в одному місці. Якщо це так, то вік системи становить близько млн років. Швидкість руху HDE 226868 відносно Лебедя OB3 становить км/с, що є типовим значенням випадкового руху всередині зоряної асоціації. HDE 226868 розташована приблизно за 60 пк від центру асоціації й могла досягти такої відстані приблизно за млн років, що загалом узгоджується з оціненим віком асоціації. Відстань до Лебедя X-1, обчислена за тригонометричним паралаксом, становить , а за даними радіоастрометрії —
За галактичною широтою 4° і галактичною довготою 71° ця система лежить усередині Чумацького Шляху вздовж того самого рукава Оріона, у якому розташоване Сонце, поблизу місця, де цей рукав наближається до рукава Стрільця. Лебідь X-1 також описували як об'єкт рукава Стрільця.
Чорна діра Визначена різними методами маса компактного об'єкта перевищує максимальну масу нейтронної зорі — так звану межу Оппенгеймера — Волкова. Моделі зоряної еволюції дають значення маси компактного об'єкта . Вимірювання, опубліковані 2021 року, дали оцінку маси . У дослідженні 2025 року масу оцінили як 17,5 , що може бути лише верхньою межею, тоді як інший метод дав . Вимірювання періодів змінності рентгенівського випромінювання поблизу об'єкта дали оцінку маси . У будь-якому разі, найімовірніше цей об'єкт є чорною дірою — областю простору, де гравітаційне поле настільки сильне, що не дозволяє електромагнітному випромінюванню вийти за межі внутрішньої області. Межу цієї області називають горизонтом подій, а її радіус — радіусом Шварцшильда (для чорної діри в Лебеді X-1 радіус Шварцшильда становить близько ). Усе, що проходить через цю межу, включно з речовиною та фотонами, вже не може вирватися назовні.
Свідчення існування саме такого горизонту подій отримали 1992 року за допомогою спостережень в ультрафіолетовому діапазоні за допомогою високошвидкісного фотометра на космічному телескопі Габбла, а оголосили про цей результат 2001 року. Коли самосвітні згустки речовини по спіралі наближаються до чорної діри, їхнє випромінювання надходить серією імпульсів, що зазнають дедалі більшого гравітаційного червоного зміщення в міру наближення речовини до горизонту. Речовина, що падає на тверде компактне тіло, мала б випромінити завершальний спалах енергії, тоді як матеріал, який перетинає горизонт подій, цього не робить. Було зафіксовано два такі «згасаючі ланцюжки імпульсів» (), що узгоджується з існуванням чорної діри. Те, що об'єкт має епізодичні рентгенівські спалахи тривалістю близько 1 мс, дає додаткову оцінку верхньої межі його розміру — . Загалом загальновизнано, що цей об'єкт надто малий, аби бути будь-яким відомим типом звичайної зорі чи іншим можливим об'єктом, окрім чорної діри.
Обертання компактного об'єкта поки що визначене недостатньо точно. Аналіз даних космічної рентгенівської обсерваторії «Чандра» не виявив ознак обертання компактного об'єкта Лебедя X-1. Однак дані, оприлюднені 2011 року, вказують, що він обертається надзвичайно швидко — приблизно 790 разів на секунду.
Утворення Наймасивніша зоря головної послідовності в асоціації Лебідь OB3 має масу близько 40 . Оскільки масивніші зорі еволюціонують швидше, це означає, що зоря-попередниця чорної діри Лебедя X-1 мала масу понад 40 . З огляду на сучасну оцінку маси чорної діри, зоря-попередниця мала втратити понад 30 речовини. Частина цієї маси могла перейти до HDE 226868, а решту, найімовірніше, виніс потужний зоряний вітер. Збагачення зовнішньої атмосфери HDE 226868 гелієм може бути свідченням такого перенесення маси. Імовірно, зоря-попередниця могла еволюціонувати в зорю Вольфа — Рає, яка викидає значну частину своєї атмосфери саме завдяки настільки сильному зоряному вітру.
Якби зоря-попередниця вибухнула як наднова, то спостереження подібних об'єктів показують, що залишок найімовірніше був би викинутий із системи з відносно великою швидкістю. Оскільки об'єкт залишився на орбіті, це свідчить, що зоря-попередниця могла безпосередньо колапсувати в чорну діру без вибуху (або ж спричинила лише порівняно слабкий вибух).
Акреційний диск
Вважають, що навколо компактного об'єкта обертається тонкий плоский акреційний диск. Цей диск сильно нагрівається через тертя між іонізованим газом на швидших внутрішніх орбітах і газом на повільніших зовнішніх орбітах. Він поділяється на гарячу внутрішню область із відносно високим ступенем іонізації й холоднішу, слабше іонізовану зовнішню область, що простягається приблизно до 500 радіусів Шварцшильда, або близько 15 000 км. Речовина у внутрішній частині диска нагрівається до мільйонів градусів, породжуючи спостережуване рентгенівське випромінювання.
Хоча Лебідь X-1 нерегулярно змінний, він зазвичай є найяскравішим на земному небі постійним джерелом жорсткого рентгенівського випромінювання з енергіями приблизно від 30 до кількох сотень кілоелектронвольт. Рентгенівське випромінювання виникає тоді, коли фотони нижчої енергії з тонкого внутрішнього акреційного диска збільшують енергію внаслідок зворотнього комптонівського розсіювання на електронах дуже високої температури в геометрично товстішій, але майже прозорій короні, яка його оточує, а також частково через подальше відбиття від поверхні тонкого диска. Крім того, рентгенівське випромінювання може зазнавати комптонівського розсіяння біля основи джета, а не тільки в короні диска.