Naukowcy tworzą mapę porywistych wiatrów w odległym układzie z gwiazdą neutronową.
Na ilustracji: Wizja artystyczna zmapowanego wiatru dyskowego wokół gwiazdy podobnej do Słońca. Źródło: Jose-Luisa Olivaresa z MIT. Na podstawie zdjęcia Herkulesa X-1 autorstwa D. Klochkova, Europejska Agencja Kosmiczna
Astronomowie zaobserwowali wiatr gwiazdowy w układzie Hercules X-1 i po raz pierwszy stworzyli jego dwuwymiarową mapę.
Dysk akrecyjny to kolosalny wir gazu i pyłu, który gromadzi się wokół czarnej dziury lub gwiazdy neutronowej gdy ta przyciąga materię z pobliskiej gwiazdy. Gdy dysk wiruje, wytwarza potężne wiatry, które popychają i ciągną rozległą, rotującą plazmę. Te potężne wypływy mogą wpływać na otoczenie czarnych dziur poprzez ogrzewanie i zdmuchiwanie gazu i pyłu wokół nich.
W ogromnych skalach wiatry gwiazdowe mogą być wskazówką, jak supermasywne czarne dziury kształtują całe galaktyki. Astronomowie zaobserwowali oznaki wiatrów dyskowych w wielu układach, w tym w akreujących czarnych dziurach i gwiazdach neutronowych. Jednak do tej pory udało im się zobaczyć jedynie bardzo wąski wycinek tego zjawiska.
Teraz astronomowie z MIT zaobserwowali szerszy zakres wiatrów w Hercules X-1, układzie, w którym gwiazda neutronowa odciąga materię od gwiazdy podobnej do Słońca. Dysk akrecyjny tej gwiazdy neutronowej jest wyjątkowy, ponieważ w trakcie wirowania „chwieje się” (precesuje). Wykorzystując to zjawisko, astronomowie uchwycili różne perspektywy obracającego się dysku i po raz pierwszy stworzyli dwuwymiarową mapę jego wiatrów.
Nowa mapa ujawniła pionowy kształt i strukturę wiatru, jak również jego prędkość – około setek km/s, co jest na łagodniejszym końcu tego, co dyski akrecyjne mogą rozkręcić.
Jeżeli w przyszłości astronomowie będą w stanie dostrzec więcej chybotliwych układów, technika mapowania opracowana przez zespół może pomóc w określeniu, w jaki sposób wiatry dyskowe wpływają na formowanie się i ewolucję układów gwiazdowych, a nawet całych galaktyk.
W przyszłości moglibyśmy mapować wiatry dyskowe w szeregu obiektów i określić, jak właściwości wiatru zmieniają się na przykład wraz z masą czarnej dziury lub z ilością materii, którą ona akreuje – powiedział Peter Kosec, doktor habilitowany w Kavli Instytut Astrofizyki i Badań Kosmicznych MIT oraz autor badań opublikowanych 10 kwietnia 2023 roku w Nature Astronomy. To pomoże określić, jak czarne dziury i gwiazdy neutronowe wpływają na nasz Wszechświat.
Poprawione widzenie
Wiatry dyskowe najczęściej obserwowano w rentgenowskich układach podwójnych – układach, w których czarna dziura lub gwiazda neutronowa wyciąga materię z mniej gęstego towarzysza i generuje rozgrzany do białości dysk opadającej po spirali materii wraz z wypływającym wiatrem. Nie wiadomo dokładnie, jak wiatry są wypuszczane z tych układów. Niektóre teorie proponują, że pola magnetyczne mogą rozdrabniać dysk i wyrzucać część materii na zewnątrz jako wiatr. Inni twierdzą, że promieniowanie gwiazdy neutronowej może ogrzewać i odparowywać powierzchnię dysku w gorących podmuchach.
O pochodzeniu wiatru można wnioskować na podstawie jego struktury, ale kształt i zasięg wiatrów dyskowych jest trudny do ustalenia. Większość układów podwójnych wytwarza dyski akrecyjne o stosunkowo równym kształcie, przypominającym cienkie pączki gazu, które wirują w jednej płaszczyźnie. Astronomowie, którzy badając te dyski korzystając z odległych satelitów i teleskopów, mogą obserwować efekty wiatrów dyskowych jedynie w ustalonym i wąskim zakresie, względem rotującego dysku. Każdy wiatr, który astronomowie zdołają wykryć, jest więc małym wycinkiem jego większej struktury.
Możemy badać właściwości wiatru tylko w jednym punkcie i jesteśmy całkowicie ślepi na wszystko wokół tego punktu, zauważa Kosec.
W 2020 roku on i jego współpracownicy zdali sobie sprawę, że jeden układ podwójny może zaoferować szerszy obraz wiatrów dyskowych. Hercules X-1 wyróżnia się spośród większości znanych rentgenowskich układów podwójnych swoim skrzywionym dyskiem akrecyjnym, który chwieje się, gdy wiruje wokół centralnej gwiazdy neutronowej układu.
Dysk naprawdę chwieje się w czasie co 35 dni, a wiatry mają swój początek gdzieś w dysku i przecinają naszą linię widzenia na różnych wysokościach nad dyskiem w czasie – wyjaśnia Kosec. To bardzo wyjątkowa właściwość tego układu, która pozwala nam lepiej zrozumieć pionowe właściwości jego wiatru.
Wypaczone chybotanie
W nowym badaniu naukowcy obserwowali Herculesa X-1 za pomocą dwóch teleskopów rentgenowskich – XMM-Newton i Chandra.
To, co mierzymy, to promieniowanie X, czyli ilość fotonów promieniowania rentgenowskiego, które docierają do naszych detektorów, w stosunku do ich energii. Mierzymy linie absorpcyjne, czyli brak światła rentgenowskiego przy bardzo konkretnych energiach – powiedział Kosec. Na podstawie stosunku siły różnych linii możemy określić temperaturę, prędkość i ilość plazmy w wietrze dyskowym.
Dzięki skrzywionemu dyskowi Herculesa X-1, astronomowie byli w stanie zaobserwować linię dysku poruszającą się w górę i w dół podczas jego chwiania się i rotacji. Efekt był taki, że badacze mogli zaobserwować oznaki wiatrów dyskowych na zmieniających się wysokościach względem dysku, a nie na jednej, stałej wysokości nad jednolicie obracającym się dyskiem.
Mierząc emisję promieniowania X i linie absorpcyjne, gdy dysk chybotał i rotował w czasie, badacze mogli zeskanować właściwości takie jak temperatura i gęstość wiatru na różnych wysokościach względem dysku i skonstruować dwuwymiarową mapę pionowej struktury wiatru.
Widzimy, że wiatr wznosi się od dysku pod kątem 12o względem dysku, gdy rozszerza się on w przestrzeni – powiedział Kosec. Staje się też chłodniejszy i bardziej zbity, a także słabszy na większych wysokościach nad dyskiem.
Zespół planuje porównać swoje obserwacje z teoretycznymi symulacjami różnych mechanizmów wyrzucania wiatru, aby sprawdzić, które z nich najlepiej wyjaśniają jego pochodzenie. W dalszej kolejności zespół ma nadzieję odkryć więcej układów skrzywionych i chwiejących się, a także stworzyć mapę struktur ich wiatrów dyskowych. Wtedy naukowcy będą mieli szerszy pogląd na wiatry dyskowe i na to, jak takie wypływy wpływają na otoczenie – szczególnie w dużo większych skalach.
Jak supermasywne czarne dziury wpływają na kształt i strukturę galaktyk? Jedną z wiodących hipotez jest to, że wiatry dyskowe wystrzeliwane z czarnej dziury mogą wpływać na wygląd galaktyk. Teraz możemy uzyskać bardziej szczegółowy obraz tego, jak te wiatry są wystrzeliwane i jak wyglądają – powiedziała Erin Kara.
https://news.mit.edu/2023/scientists-map-gusty-winds-neutron-star-system-0410https://www.nature.com/articles/s41550-023-01929-7
Wątek: Astrofizyka - Badania różne (zbiorczo) (Przeczytany 179516 razy)