Аккреционный диск вокруг этой нейтронной звезды уникален тем, что он деформирован и колеблется во время вращения. Используя эти особенности, исследователи сняли различные ракурсы вращающегося диска и впервые создали двухмерную карту ветров.
Эта новая карта показывает форму и вертикальную структуру ветра, а также его скорость, и может дать ключ к разгадке формирования галактик.
Аккреционные диски рентгеновских двойных звезд
Рентгеновские бинары — это бинарные системы, образованные компактным объектом (нейтронной звездой или черной дырой) и менее плотным объектом (например, звездой), которые испускают большое количество излучения в рентгеновском диапазоне.
В частности, более компактное небесное тело пожирает соседнюю звезду, втягивая вещество через аккреционный диск — колоссальный вихрь газа и пыли, который собирается вокруг нейтронной звезды или черной дыры, как (космическая) сахарная вата.
Однако «добыча» не поглощается полностью: часть вещества выбрасывается: ветры способны влиять на окружающую среду. Дисковые ветры чрезвычайно важны, поскольку они могут дать ключ к разгадке формирования и эволюции звездных систем и даже целых галактик.
Использование колебаний таких систем, как Геркулес X-1, может стать поворотным пунктом в исследованиях. Питер Косек, постдок из Института астрофизики и космических исследований имени Кавли Массачусетского технологического института и первый автор , объясняет:
«В будущем мы сможем составить карту дисковых ветров в различных объектах и определить, как меняются свойства ветра, например, в зависимости от массы черной дыры или количества аккрецируемого ею материала. Это поможет определить, как черные дыры и нейтронные звезды влияют на нашу Вселенную«.
Неразгаданное происхождение ветров
Механизм образования этих ветров до сих пор неясен. Некоторые теории предполагают, что магнитные поля могут раздробить диск и выбросить часть материала наружу в виде ветра, другие утверждают, что излучение нейтронной звезды может нагревать и испарять поверхность диска в испепеляющих порывах.
Чтобы пролить свет на происхождение ветров, исследователи должны изучить их структуру, но их форма и протяженность окутаны тайной. Это связано с тем, что большинство аккреционных дисков имеют относительно однородную форму и вращаются в одной плоскости. «Мы можем исследовать свойства ветра только в одной точке, и мы абсолютно слепы ко всему, что находится вокруг этой точки«, — отметил Косек.
Прорыв произошел в 2020 году, когда астрономы Массачусетского технологического института обнаружили Геркулес X-1, рентгеновскую бинарную систему, которая отличается от других тем, что ее аккреционный диск деформирован и колеблется при вращении. «Диск колеблется каждые 35 дней, и ветры зарождаются где-то в диске и пересекают нашу линию зрения на разных высотах над диском«, — говорит Косек. «Это очень уникальное свойство данной системы, которое позволяет нам лучше понять свойства вертикального ветра«.
Исследователи наблюдали Геркулес Х-1 с помощью двух рентгеновских телескопов — XMM-Newton ЕКА и рентгеновской обсерватории Чандра NASA. В частности, они измерили рентгеновский спектр, то есть количество фотонов с рентгеновской длиной волны, поступающих на детекторы, в зависимости от их энергии.
С помощью этих анализов астрономы могут определить температуру, скорость и количество плазмы в ветре диска, уносимом подобно сладкой вате. Благодаря деформации диска Косек вместе со своей исследовательской группой наблюдали признаки ветра на разных высотах по отношению к диску.
В ближайшем будущем астрономы хотели бы сравнить эти наблюдения с теоретическим моделированием, чтобы понять, каков может быть механизм возникновения этих ветров. Они также надеются обнаружить другие деформированные и колеблющиеся системы, такие как Геркулес X-1, чтобы получить более широкое представление о ветрах и понять, как они влияют на свое окружение.