Учені склали карту поривчастих вітрів у системі далекої нейтронної зірки

Астрономи склали карту "дискових вітрів", пов′язаних з акреційним диском навколо Геркулеса X-1 — системи, в якій нейтронна зоря відтягує матеріал від сонцеподібної зірки. Отримані результати можуть допомогти у розгадці того, як надмасивні чорні діри формують цілі галактики.

Про це розповідають в Массачусетському технологічному інституті (MIT), передають OstanniPodii.com.

Акреційний диск — це колосальний вир газу і пилу, який ніби цукрова вата збирається навколо чорної діри або нейтронної зорі, коли вона втягує в себе матеріал від прилеглої зірки. В міру обертання диска, він здіймає потужні вітри, які штовхають і натягують розпластану плазму, що обертається. Ці потужні потоки можуть впливати на оточення чорних дір, нагріваючи та здуваючи газ з пилом навколо них.

У величезних масштабах "дискові вітри" можуть надати ключ до розгадки того, як надмасивні чорні діри формують цілі галактики. Астрономи спостерігали ознаки дискових вітрів у багатьох системах, включно з чорними дірами й нейтронними зорями з акрецією. Але досі їм вдавалося лише мигцем поглянути на це явище.

Тепер астрономи MIT спостерігали ширшу смугу вітрів у системі Геркулес X-1, в якій нейтронна зоря відтягує матеріал від зірки, подібної до Сонця. Акреційний диск цієї нейтронної зірки унікальний тим, що під час обертання він коливається, або "прецесує". Скориставшись цим коливанням, астрономи зняли різні ракурси обертового диска та вперше створили двомірну карту його вітрів.

Нова карта показує вертикальну форму й структуру вітру, а також його швидкість - близько сотень кілометрів на секунду, що є м'якшою межею того, як можуть розкрутитися акреційні диски.

Якщо у майбутньому астрономи зможуть виявити більше систем, що коливаються, то метод картування, розроблений командою, допоможе визначити, як дискові вітри впливають на формування та еволюцію зоряних систем і навіть цілих галактик.

“У майбутньому ми зможемо скласти карту дискових вітрів у низці об'єктів і визначити, як властивості вітру змінюються, наприклад, залежно від маси чорної діри або від того, скільки матеріалу вона акреціює Це допоможе визначити, як чорні діри та нейтронні зорі впливають на наш Всесвіт”, - каже Пітер Косек, постдок в Інституті астрофізики і космічних досліджень імені Кавлі MIT, який є провідним автором дослідження, опублікованого в журналі Nature Astronomy.

Нерухомий вид

Дискові вітри найчастіше спостерігаються в рентгенівських бінарах — системах, у яких чорна діра або нейтронна зоря витягує матеріал з менш щільного об'єкта та створює розпечений диск інспірованої матерії разом з вихідним вітром. Як саме вітри запускаються з цих систем, поки неясно. Деякі теорії припускають, що магнітні поля можуть зруйнувати диск і викинути частину матеріалу назовні у вигляді вітру. Інші вважають, що випромінювання нейтронної зірки може нагрівати й випаровувати поверхню диска розпеченими поривами.

Про походження вітру можна судити за його структурою, але форму й протяжність дискових вітрів було важко визначити. Більшість подвійних зірок створюють акреційні диски відносно рівної форми, схожі на тонкі пончики з газу, що обертаються в одній площині. Астрономи, які вивчають ці диски з далеких супутників або телескопів, можуть спостерігати вплив дискових вітрів тільки у фіксованому та вузькому діапазоні відносно обертового диска. Тому будь-який вітер, який вдається виявити астрономам, є лише малою частиною більшої структури.

“Ми можемо досліджувати властивості вітру тільки в одній точці, і ми абсолютно сліпі до всього, що знаходиться навколо цієї точки”, - зазначає Косек.

Новини за подібною темою:

		В нашій галактиці знайдено таємничий об′єкт, який може бути найлегшою чорною дірою, або найважчою нейтронною зорею
		Отримано нові докази наявності ядер з кваркової матерії в масивних нейтронних зорях
		У вимірюванні розширення Всесвіту можуть допомогти зіткнення нейтронних зір

У 2020 році він і його колеги зрозуміли, що одна бінарна система може запропонувати ширший погляд на дискові вітри. Геркулес X-1 вирізняється з-поміж більшості відомих рентгенівських подвійних систем своїм викривленим акреційним диском, який коливається під час обертання навколо центральної нейтронної зірки системи.

“Диск дійсно коливається в часі кожні 35 днів, а вітри зароджуються десь у диску та з часом перетинають лінію нашого зору на різних висотах над диском”, - пояснює Косек. “Це дуже унікальна властивість цієї системи, яка дозволяє нам краще зрозуміти властивості її вертикального вітру”.

Викривлене коливання

У новому дослідженні вчені спостерігали Геркулес X-1 за допомогою двох рентгенівських телескопів — XMM Newton Європейського космічного агентства та обсерваторії Чандра НАСА.

“Ми вимірюємо рентгенівський спектр, тобто кількість рентгенівських фотонів, які потрапляють на наші детектори, залежно від їхньої енергії. Ми вимірюємо лінії поглинання або відсутність рентгенівського випромінювання при дуже певних енергіях”, - каже Косек. “За співвідношенням сили різних ліній ми можемо визначити температуру, швидкість і кількість плазми в дисковому вітрі”.

На викривленому диску Геркулеса X-1 астрономи змогли побачити, як лінія диска рухається вгору та вниз у міру його коливання й обертання, подібно до того, як викривлена пластинка коливається, якщо дивитися на неї з боку. Ефект був такий, що дослідники могли спостерігати ознаки дискових вітрів на мінливих висотах відносно диска, а не на одній фіксованій висоті над диском, що рівномірно обертається.

Вимірюючи рентгенівське випромінювання та лінії поглинання при коливаннях і обертанні диска в часі, дослідники змогли просканувати такі властивості, як температура й густина вітрів на різних висотах відносно диска, і побудувати двовимірну карту вертикальної структури вітру.

“Ми бачимо, що вітер підіймається від диска під кутом близько 12 градусів щодо диска в міру його розширення в просторі”, - каже Косек. “Він також стає холоднішим і більш грудкуватим, і слабшим на великих висотах над диском”.

Команда планує порівняти свої спостереження з теоретичним моделюванням різних механізмів запуску вітру, щоб зрозуміти, який з них найкраще пояснює його походження. Надалі вони сподіваються виявити більше викривлених і коливних систем і скласти карту їхніх дискових вітрових структур. Тоді вчені зможуть отримати ширше уявлення про дискові вітри та про те, як такі потоки впливають на навколишнє середовище, особливо в набагато більших масштабах.

“Як надмасивні чорні діри впливають на форму і структуру галактик?” - задається питанням співавторка роботи Ерін Кара, доцентка кафедри фізики MIT. “Одна з провідних гіпотез полягає в тому, що дискові вітри, що запускаються з чорної діри, можуть впливати на те, який вигляд мають галактики. Тепер ми можемо отримати більш детальну картину того, як ці вітри запускаються та який вони мають вигляд”.

.

• Нейтронні зорі