Kebanyakan sumber sinar ultra-kuat di galaksi adalah lubang hitam biasa • Marat Mussin • Berita sains mengenai "Unsur" • Astrofizik, NuSTAR, Lubang hitam, sumber sinar X

Kebanyakan sumber x-ray ultra kuat di galaksi adalah lubang hitam biasa.

Rajah. 1. Sumber X-ray ultra-kuat XMMU J004243.6 + 412519 dalam pandangan artis. Ini adalah sistem perduaan di mana lubang hitam menyerap bahan dari bintang penderita massa yang rendah dalam mod pertambahan superkritikal (super Eddington). Tetapi tidak kira apa mekanisme yang membawa kepada pembentukan ini dan sumber sinar ultra-kuat yang lain, bagi pemerhati luar mereka semua akan melihat perkara yang sama. Gambar dari sci.esa.int

Tiga tahun yang lalu telah menjadi sangat bermanfaat untuk mengkaji objek astronomi dalam rentang sinar-X. Ini terutamanya disebabkan oleh pelancaran teleskop X-ray NuSTAR, tetapi sebagai tambahan, data dari teleskop generasi sebelumnya telah diproses. Daripada dua model kemunculan sumber sinar ultra-kuat – sama ada lubang hitam yang ditinggalkan oleh letupan supernova, dikelilingi oleh lapisan padat habuk dan gas yang jatuh pada mereka dalam mod super-Eddington, atau lubang hitam massa pertengahan – membawa data baru kepada yang pertama.

Sumber sinar ultra-kuat (Sumber cahaya sinar ultraluminous, ULX) dipanggil objek kosmik dengan kilauan (iaitu tenaga yang dikeluarkan setiap unit masa) di bahagian sinar-x spektrum lebih daripada 1039 erg / s(Mereka juga dikenali sebagai sumber sinar ultrabright, tetapi, menurut ahli astrofizik Sergey Popov, terjemahan bahasa Inggeris yang malang sumber X-ray ultra bercahayakerana kita bercakap mengenai kuasa (kilauan), dan bukan tentang kecerahan.) 1039 erg / s – adakah ia banyak atau sedikit? Banyak sekali. Sebagai contoh, seluruh galaksi kami memancarkan kira-kira 1045 erg / s, tetapi ini adalah di seluruh spektrum elektromagnetik. Pada masa yang sama, ULX diketahui, yang memancarkan sehingga 1043 erg / s, iaitu, mereka memberi kira-kira 1% tenaga ini, tetapi dalam rentang X-ray sahaja. Di samping itu, objek tersebut sering mengubah kecerahan mereka dalam masa yang singkat, yang bermaksud bahawa mereka sangat kecil.

Sumber-sumber sinar ultra-kuat telah ditemui pada tahun 1980-an, dan pada tahun 2000-an, ULX yang dikenalpasti dengan galaksi (iaitu, berada di dalamnya, dan bukan hanya diproyeksikan ke atas imej-imej galaksi, diserlahkan dalam jenis objek yang berasingan. Hakikatnya ialah ULX, yang tidak tergolong dalam galaksi, adalah quasar jauh, iaitu lubang hitam supermasif. Mekanisme pembentukan dan pembebasan tenaga yang besar dalam kuarsa diketahui, tidak seperti ULX dalam galaksi. Ia adalah mengenai objek misterius ini – sinaran sinar-X yang padat dan berkuasa di dalam galaksi – yang akan dibincangkan.

Hari ini, beberapa ratus ULX seperti itu diketahui, dan telah diperhatikan bahawa terdapat lebih banyak daripada mereka dalam galaksi lingkaran daripada pada elips, dan mereka tertumpu di kawasan berbentuk bintang: bintang-bintang panas yang muda dan kluster padat gas yang terdapat di sekelilingnya. Menariknya, walaupun beberapa galaksi mempunyai beberapa ULX, mereka tidak hadir dalam galaksi kita – kita tidak mendapat objek yang dekat dan mudah untuk mengkaji jenis ini. Anda boleh membaca lebih lanjut mengenai ULX dengan baik, walaupun sedikit ketinggalan zaman, artikel "Sumber cahaya sinar ultra terang di galaksi – mikrofon atau lubang hitam jantan perantaraan."

Jadi apa benda-benda ini, seratus daripadanya mempunyai jumlah tenaga yang sama seperti galaksi keseluruhan kita?

Sehingga baru-baru ini, para saintis mengembangkan dua model sumber sinar ultra-kuat selari: sama ada lubang hitam yang ditinggalkan akibat letupan, dikelilingi oleh lapisan debu dan gas padat yang jatuh pada lubang hitam ini dalam mod super-Eddington yang dipanggil, atau mod akustik supercritikal; sama ada lubang hitam Massal Hitam Pertengahan (IMBH). Kedua-dua versi mempunyai kekuatan dan kelemahan mereka, jadi kita akan membincangkan setiap daripada mereka.

Mari kita mulakan dengan yang pertama.Dalam paradigma moden evolusi bintang pada akhir hayat bintang besar, terasnya terbakar, tindak balas nuklear berhenti di sana, suhu jatuh dan tekanan dari dalam bintang tidak dapat mengimbangi graviti. Bintang itu runtuh, shell luar meletup dalam bentuk supernova, dan terasnya mengecut dan menjadi lubang hitam. Menurut anggaran moden, jisim lubang hitam ini berbeza dari 2-3 (paras Oppenheimer-Volkov) hingga 10-20 massa solar. Jika anda tidak merumitkan (iaitu, tidak ingat tentang radiasi Hawking, medan magnet dan kemungkinan lubang hitam), maka lubang hitam akan tetap hitam (iaitu, ia tidak akan memancarkan apa-apa) sehingga perkara mula jatuh ke atasnya.

Gas, habuk, sisa-sisa supernova boleh ditangkap oleh medan graviti lubang hitam dan mula berputar di sekelilingnya, membentuk cakera akretion. Kerana ia berputar, lapisan bahan dalam cakera menggosok antara satu sama lain, sebagai hasil daripada haba yang dilepaskan, dan bahan kehilangan momentum sudutnya dan secara beransur-ansur menghampiri lubang hitam sehingga ia melewati cakrawala peristiwanya. Keamatan maksimum radiasi tenaga dalam cakera pertambahan yang dihasilkan akibat geseran ini,secara langsung bergantung kepada jisim lubang hitam dan dipanggil batas Eddington (Eddington mengira keadaan keseimbangan tekanan dan daya graviti dalam bintang, tetapi kini parameter ini digunakan dalam kes yang lebih umum).

Sudah waktunya untuk menerangkan mengapa batas bawah kecerahan sumber ULX adalah 1039 erg / s Fakta adalah bahawa ia sepadan dengan had Eddington untuk lubang hitam dengan jisim 10 jisim suria, yang biasanya had untuk lubang hitam yang tersisa dari letupan supernova. Oleh itu, jika kilauan sinaran sinar-X yang lebih tinggi adalah lebih tinggi, dan jisim lubang hitam adalah kecil, kemungkinan besar apa yang berlaku dapat dijelaskan oleh fakta bahawa tenaga cakera pertambahan tidak dapat dipancarkan. Sebagai contoh, ini mungkin, jika sebahagian daripada cakera aksionasi mengalir di sepanjang garis magnet ke tiang-tiang lubang hitam dan dibuang ke angkasa dalam bentuk dua jet relativistik yang diarahkan (jet). Sinaran semasa proses ini boleh dikumpulkan dalam aliran yang bercampur sama dengan jet. Dalam kes ini, sumber ultrapowerful tidak akan menjadi seperti itu kerana ia memancarkan terlalu banyak, tetapi hanya kerana orientasinya: bkira-kiraKebanyakan radiasi, secara kebetulan, salah satu daripada aliran ini mencetuskan kita di mata, seperti penunjuk laser. Ini adalah mekanisme penambahan super-eddington (dalam kesusasteraan bahasa Rusia mekanisme ini disebut "penambahan supercritical," kerana nama ini digunakan dalam artikel yang terkenal oleh N. I. Shakury dan R. A. Syunyaev Lubang hitam dalam sistem binari. Penampilan pengawasan, di mana mekanisme ini pertama dijelaskan).

Versi kedua asal ULX mencadangkan kehadiran lubang hitam menengah – objek yang terletak di antara lubang hitam yang terbentuk akibat kejatuhan gravitasi lubang hitam dan supermasif bintang di pusat galaksi (yang massanya dianggarkan berjuta-juta dan berbilion jutaan orang solar). Versi ini sangat menarik: lubang-lubang hitam jisim perantaraan telah dicari untuk masa yang sangat lama, hampir semua teori kosmologi meramalkan kewujudan mereka; Selain itu, penampilan lubang hitam supermasif akan sukar untuk dijelaskan sebaliknya. Versi kedua asal ULX adalah lebih mudah daripada yang pertama: dalam hal ini, tidak perlu untuk mencipta alasan untuk pencegahan bahan yang terlalu aktif pada disk akresi dan orientasi khusus lubang hitam.

Dalam tiga tahun yang lalu, kemajuan telah dibuat dalam memahami sifat fizikal sumber sinar ultra-kuat. Sumber cahaya sinar ultraluminous: tiga tahun astrofizik astrofizik Matteo Bachetti dari Observatorium Astronomi Cagliari didedikasikan untuk kemajuan ini. Maklumat baru diperolehi dalam dua cara. Pertama, ini adalah pemerhatian teleskop ULX yang sudah diketahui di bahagian-bahagian spektrum yang berlainan, dan kedua, ini adalah data yang diperolehi selepas pelancaran teleskop NuSTAR (Rajah 2). Ternyata majoriti ULX adalah lubang hitam biasa, menyerap bahan bintang sahabat mereka dalam mod super eddington. Oleh itu, pemerhatian X-ray dan radio bersama yang dibuat oleh teleskop XMM-Newton dan VLA membantu menegaskan bahawa ini adalah sumber XMMU J004243.6 + 412519 di galaksi Andromeda (lihat mikroquasar Pertama yang ditemui di luar Galaxy kita). Ukuran spektrum tambahan telah membantu menubuhkan beberapa objek lain, seperti X-1 di galaksi M101, serta P13 di galaksi NGC7793, juga lubang hitam biasa. Mereka mungkin sedikit lebih besar daripada kebanyakan yang sudah diketahui, tetapi mereka masih tidak mencapai jisim pertengahan.

Rajah. 2 Teleskop NuSTAR direka untuk pemerhatian dalam julat sinar-X yang keras. Teleskop dilancarkan ke orbit Bumi pada tahun 2012.Menurut rancangan itu, karyanya sepatutnya berlangsung selama dua tahun, tetapi tempoh ini meningkat sekurang-kurangnya dua kali – hingga 2016. Imej dari jpl.nasa.gov

Menentukan jisim lubang hitam dalam kes umum tidak begitu penting, tetapi, seperti yang dapat kita lihat, satu tugas penting untuk memahami sifat ULX, oleh itu, para saintis telah mencari tanda-tanda tidak langsung untuk menentukan mana dari kedua-dua pilihan tersebut adalah pertambahan supercritikal ke lubang hitam normal pertambahan ke dalam lubang pertengahan hitam – merujuk sumber. Ciri ini ialah pengedaran spektrum tenaga (iaitu, pergantungan tenaga yang dipancarkan pada panjang gelombang) untuk panjang gelombang kecil. Ingatlah bahawa sejak tenaga E foton dan panjang gelombangnya ν berkaitan dengan formula Planck E = hν, graf pengedaran spektrum tenaga sering kelihatan seperti dalam Rajah. 3

Rajah. 3 Pengagihan spektrum tenaga untuk tiga sumber sinar ultra-kuat (bilangan foton tenaga tertentu per saat per penerima dengan keluasan 1 cm2). Semua mata yang diperoleh di sebelah kanan potongan 10 keV adalah hasil daripada operasi teleskop NuSTAR. Di sebelah kiri graf – spektrum sumber NGC1313 X-1. Garis merah meramalkan pembahagian tenaga jika "penyumbatan" disebabkan oleh pertambahan supereddington, garis bertitik kelabu – jika ia disebabkan oleh kehadiran lubang hitam jisim perantaraan. Seperti yang dapat dilihat dari graf, pemerhatian mengesahkan model pertama. Spektrum di tengah – sumber Holmberg IX X-1. Spektrum di sebelah kanan – sumber NGC1313 X-2. Gambar dari artikel yang dibincangkan

Teleskop generasi terdahulu, seperti XMM-Newton atau Chandra, telah menemui beberapa "blok" graf edaran spektrum untuk tenaga melebihi 10 keV. Walau bagaimanapun, adalah mustahil untuk mengetahui betapa nyatanya itu, kerana 10 keV adalah had sensitiviti teleskop ini: pada tenaga sedemikian, magnitud kesilapan itu dapat dibandingkan dengan isyarat. Observasi ruang INTEGRAL dan Suzaku mampu menerima isyarat dan tenaga yang lebih tinggi, tetapi pengesan mereka tidak sesuai untuk membina imej – mereka hanya mencatatkan semua radiasi yang datang dari kawasan tertentu di langit. Oleh itu, dalam data mereka, sukar untuk memisahkan isyarat sumber dari isyarat latar belakang atau isyarat objek lain yang berdekatan. Hanya dengan pelancaran teleskop X-ray ruang NuSTAR, yang berjaya memperoleh imej sumber dengan tenaga sehingga 79 keV, ia menjadi mungkin untuk mengkaji dengan lebih terperinci tingkah laku spektrum di rantau ini. Ternyata kemelesetan benar-benar ada (lihat rajah.3), dan, lebih-lebih lagi, bentuknya menandakan proses penguraian – fenomena apabila foton sinar-x kehilangan tenaga mereka melalui lapisan sejuk padat cakera akrilik (lihat artikel "Struktur cakera akrilik supercritical" oleh S. N. Factory). Dan ini menonjolkan saintis fakta bahawa kebanyakan objek sinar ultra-kuat masih hasil daripada pertambahan super-eddington.

Tetapi ada pengecualian: salah satunya adalah objek Cigar M82 X-1 yang dibuka pada tahun 2013 di galaksi M82 (lihat, bagaimanakah lubang-lubang hitam di kalangan pertengahan ditemui?). Menurut tempoh denyutannya, jisim lubang hitam telah ditubuhkan. Ia adalah kira-kira 400 jisim suria, yang menjadikan ia calon yang paling mungkin untuk peranan lubang hitam jisim perantaraan. Walau bagaimanapun, ini bukan semua kejutan yang memberi kita galaksi ini. Pada tahun 2014, sebuah artikel "Sumber sinar ultrasonik yang dikuasai oleh bintang neutron yang bertambah" telah diterbitkan, para pengarangnya mendapati bahawa objek ULX X-2 yang terkenal di galaksi ini tidak lebih daripada bintang neutron yang bertambah (Rajah 4). Para saintis tidak tahu sama ada bintang neutron boleh mempunyai kilauan sinar raksasa seperti gergasi, jadi model kini sedang giat dicadangkan untuk menjelaskan penemuan ini.Mungkin ada gergasi pertambahan intensiti (100 kali ganda lebih besar daripada batas Eddington) atau radiasi yang diarahkan oleh medan magnet yang paling kuat dari bintang neutron.

Rajah. 4 Gambar dari bahagian tengah galaksi M82 yang diambil oleh teleskop NuSTAR. Sumber X-1 adalah lubang kononnya jagung hitam, X-2 adalah bintang neutron pra-positif dengan super pertambahan Eddington. Walaupun sifat sinaran yang sama sekali berbeza, kuasa kedua-dua sumber adalah sama. Imej dari americaspace.com

Kesimpulannya, membandingkan hasil artikel yang dibincangkan dengan ulasan terkenal mengenai sumber sinar X dari Feng dan Soria (H. Feng, R. Soria, 2011. Sumber-sumber sinar ultraluminous di era Chandra dan XMM-Newton, juga tersedia sebagai e-print), diterbitkan pada tahun 2011, dapat dikatakan bahawa idea umum tentang sumber-sumber tersebut ternyata benar, walaupun kajian baru-baru ini telah dapat memperbaiki model-model tertentu dan memberi keutamaan kepada beberapa di antara mereka, dan membuat penemuan yang aneh (seperti sumber sinar-x, yang merupakan bintang neutron). Dan berdasarkan pelancaran Teleskop Angkasa Jepun Astro-H (2016), sebuah instrumen e-Rosita dipasang di atas spektr-RG pemerhatian orbital Rusia (pelancaran kononnya pada tahun 2017),Serta pemerhatian sinar-X generasi seterusnya, Athena (dijadualkan dilancarkan pada tahun 2028), prospek pembangunan astrofizik X-ray kelihatan sangat menjanjikan.

Sumber: Matteo Bachetti. Sumber cahaya sinar ultraluminous: tiga tahun yang menarik / Artikel yang tersedia sebagai preprint arXiv: 1510.05565 [astro-ph.HE].

Marat Musin


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: