Ученые составили карту порывистых ветров в системе далекой нейтронной звезды

Астрономы составили карту "дисковых ветров", связанных с аккреционным диском вокруг Геркулеса X-1 — системы, в которой нейтронная звезда оттягивает материал от солнцеподобной звезды. Полученные результаты могут помочь в разгадке того, как сверхмассивные черные дыры формируют целые галактики.

Об этом рассказывают в Массачусетском технологическом институте (MIT), передают OstanniPodii.com.

Аккреционный диск — это колоссальный водоворот газа и пыли, который будто сахарная вата собирается вокруг черной дыры или нейтронной звезды, когда она втягивает в себя материал от близлежащей звезды. По мере вращения диска, он поднимает мощные ветры, которые толкают и натягивают распластанную вращающуюся плазму. Эти мощные потоки могут влиять на окружение черных дыр, нагревая и сдувая газ с пылью вокруг них.

В огромных масштабах "дисковые ветры" могут предоставить ключ к разгадке того, как сверхмассивные черные дыры формируют целые галактики. Астрономы наблюдали признаки дисковых ветров во многих системах, включая черные дыры и нейтронные звезды с аккрецией. Но до сих пор им удавалось лишь мельком взглянуть на это явление.

Теперь астрономы MIT наблюдали более широкую полосу ветров в системе Геркулес X-1, в которой нейтронная звезда оттягивает материал от звезды, подобной Солнцу. Аккреционный диск этой нейтронной звезды уникален тем, что во время вращения он колеблется, или "прецессирует". Воспользовавшись этим колебанием, астрономы сняли различные ракурсы вращающегося диска и впервые создали двухмерную карту его ветров.

Новая карта показывает вертикальную форму и структуру ветра, а также его скорость — около сотен километров в секунду, что является более мягким пределом того, как могут раскрутиться аккреционные диски.

Если в будущем астрономы смогут обнаружить больше колеблющихся систем, то метод картирования, разработанный командой, поможет определить, как дисковые ветры влияют на формирование и эволюцию звездных систем и даже целых галактик.

«В будущем мы сможем составить карту дисковых ветров в ряде объектов и определить, как свойства ветра меняются, например, в зависимости от массы черной дыры или от того, сколько материала она аккрецирует. Это поможет определить, как черные дыры и нейтронные звезды влияют на нашу Вселенную», - говорит Питер Косек, постдок в Институте астрофизики и космических исследований имени Кавли MIT, который является ведущим автором исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy.

Неподвижный вид

Дисковые ветры чаще всего наблюдаются в рентгеновских бинарах — системах, в которых черная дыра или нейтронная звезда вытягивает материал из менее плотного объекта и создает раскаленный диск инспирированной материи вместе с исходящим ветром. Как именно ветры запускаются из этих систем, пока неясно. Некоторые теории предполагают, что магнитные поля могут разрушить диск и выбросить часть материала наружу в виде ветра. Другие считают, что излучение нейтронной звезды может нагревать и испарять поверхность диска раскаленными порывами.

О происхождении ветра можно судить по его структуре, но форму и протяженность дисковых ветров было трудно определить. Большинство двойных звезд создают аккреционные диски относительно ровной формы, похожие на тонкие пончики из газа, вращающиеся в одной плоскости. Астрономы, изучающие эти диски с дальних спутников или телескопов, могут наблюдать влияние дисковых ветров только в фиксированном и узком диапазоне относительно вращающегося диска. Поэтому любой ветер, который удается обнаружить астрономам, является лишь малой частью большей структуры.

«Мы можем исследовать свойства ветра только в одной точке, и мы абсолютно слепы ко всему, что находится вокруг этой точки», - отмечает Косек.

Новости по подобной теме:

		В нашей галактике найден таинственный объект, который может быть самой легкой черной дырой, или самой тяжелой нейтронной звездой
		Получены новые доказательства наличия ядер из кварковой материи в массивных нейтронных звездах
		В измерении расширения Вселенной могут помочь столкновения нейтронных звезд

В 2020 году он и его коллеги поняли, что одна бинарная система может предложить более широкий взгляд на дисковые ветры. Геркулес X-1 отличается от большинства известных рентгеновских двойных систем своим искривленным аккреционным диском, который колеблется во время вращения вокруг центральной нейтронной звезды системы.

«Диск действительно колеблется во времени каждые 35 дней, а ветры зарождаются где-то в диске и со временем пересекают линию нашего зрения на разных высотах над диском», - объясняет Косек. «Это очень уникальное свойство этой системы, которое позволяет нам лучше понять свойства ее вертикального ветра».

Искаженное колебание

В новом исследовании ученые наблюдали Геркулес X-1 с помощью двух рентгеновских телескопов — XMM Newton Европейского космического агентства и обсерватории Чандра НАСА.

«Мы измеряем рентгеновский спектр, то есть количество рентгеновских фотонов, которые попадают на наши детекторы, в зависимости от их энергии. Мы измеряем линии поглощения или отсутствие рентгеновского излучения при очень определенных энергиях», - говорит Косек. «По соотношению силы различных линий мы можем определить температуру, скорость и количество плазмы в дисковом ветре».

На искривленном диске Геркулеса X-1 астрономы смогли увидеть, как линия диска движется вверх и вниз по мере его колебания и вращения, подобно тому, как искривленная пластинка колеблется, если смотреть на нее со стороны. Эффект был таков, что исследователи могли наблюдать признаки дисковых ветров на меняющихся высотах относительно диска, а не на одной фиксированной высоте над равномерно вращающимся диском.

Измеряя рентгеновское излучение и линии поглощения при колебаниях и вращении диска во времени, исследователи смогли просканировать такие свойства, как температура и плотность ветров на разных высотах относительно диска, и построить двумерную карту вертикальной структуры ветра.

«Мы видим, что ветер поднимается от диска под углом около 12 градусов относительно диска по мере его расширения в пространстве», - говорит Косек. «Он также становится холоднее и более комковатым, и слабее на больших высотах над диском».

Команда планирует сравнить свои наблюдения с теоретическим моделированием различных механизмов запуска ветра, чтобы понять, какой из них лучше всего объясняет его происхождение. В дальнейшем они надеются обнаружить больше искривленных и колеблющихся систем и составить карту их дисковых ветровых структур. Тогда ученые смогут получить более широкое представление о дисковых ветрах и о том, как такие потоки влияют на окружающую среду, особенно в гораздо больших масштабах.

«Как сверхмассивные черные дыры влияют на форму и структуру галактик?» - задается вопросом соавтор работы Эрин Кара, доцент кафедры физики MIT. «Одна из ведущих гипотез заключается в том, что дисковые ветры, запускаемые из черной дыры, могут влиять на то, как выглядят галактики. Теперь мы можем получить более подробную картину того, как эти ветры запускаются и как они выглядят».

.

• Нейтронные звезды