Astronomowie używali statku kosmicznego promieniowania rentgenowskiego o nazwie Xrism, aby obserwować potężne wiatry dmuchające z gwiazdy neutronowej-odkrycia mogą być „zmieniaczem gier” dla fizyki.
Zespół odkrył nieoczekiwane różnice między potężnymi i energetycznymi wiatrem wiejącymi z wirujących dysków gazu i pyłu, zwanych dyskami akrecyjnymi, wokół ekstremalnych „martwych gwiazd” lub Gwiazdy neutronowei wiatry, które płyną z dysków akrecyjnych, które karmią supermasywne czarne dziury w sercach dużych galaktyk.
Odkrycie może ujawnić więcej o fizyce otaczającej napływ materii Dyski akrecyjne do powierzchni obu gwiazd neutronowych i Supermasywne czarne dziurya także odpływ wiatrów z tych dysków. Zrozumienie takiej dynamiki może z kolei ujawnić, w jaki sposób te wiatry wpływają na kosmiczne otoczenie supermasywnych czarnych dziur.
Zespół odkrył zaskakujące różnice między supermasywną czarną dziurą a dyskami akrecyjnymi gwiazdy neutronowej, gdy używali statku kosmicznego NASA/JAXA Xrism (obrazowanie rentgenowskie i misja spektroskopii), aby obserwować silne wiatry płynące z dysku akrecyjnego GX13+1, położonego między 23 000 a 26 000 lat świetlnych z ziemi w galaktycznej misji Bulgej części galaktycznej Droga Mleczna. Moc obserwacyjna instrumentu rozdzielczego Xrisma pozwoliła zespołowi pomiar energii światła rentgenowskiego emitowanego z GX13+1 i zebranie szczegółów na temat jego systemu, którego nigdy wcześniej nie widziano.
„Kiedy po raz pierwszy zobaczyliśmy bogactwo szczegółów w danych, poczuliśmy, że jesteśmy świadkami zmieniającego się wyniku”, powiedział w oświadczeniu naukowiec Xrism Agency European Agency (ESA) Xrism Project. „Dla wielu z nas było to uświadomienie sobie snu, którego goniliśmy od dziesięcioleci”.
Kosmiczne wiatry zmiany
Badanie supermasywnych wiatrów czarnej dziury może wydawać się dziwne poprzez badanie wiatru dmuchającego z gwiazdy neutronowej, ale zespół stojący za tymi badaniami uzasadnił, że mechanizmy tych różnych odpływów są podobne. Także najbliższa supermasywna czarna dziura dla nas, Droga Mleczna Strzelca a* (Sgr a*), nie karmi się aktywnie, ponieważ nie jest otoczony wystarczającą materią, aby utworzyć dysk akrecyjny.
GX13+1 jest bliżej i jaśniejszy niż supermasywne czarne dziury w innych galaktykach, które można było wykorzystać do tego rodzaju badań, umożliwiając go i fizykę napędzającą wiatry bardziej szczegółowo.
Jednak zanim zacznie się obserwacje GX13+1, ta gwiazda neutronowa dostarczyła zespołowi zaskoczenie Limit Eddington.
Ten teoretyczny limit dotyczy, ile materii można zaaktoczyć do zwartego ciała, takiego jak gwiazda neutronowa lub czarna dziura. Im więcej materii uzyskają, tym więcej energii emitowanych, a tym samym ciśnienie zewnętrzne wywierane na nieograniczonym materiale. Po osiągnięciu limitu Eddingtona ciśnienie zewnętrzne tej energii jest tak duże, że podaż materiału do zwartego ciała niebieskiego jest odcięta, a otaczający materiał jest odpychany jako kosmiczne wiatry.
Za pośrednictwem Resolve zespół obserwował, jak GX13+1 trafił w ten sufit.
„Nie moglibyśmy tego zaplanować, gdybyśmy próbowali” – powiedział lider zespołu Chris na Uniwersytecie Durham w Wielkiej Brytanii. „System przeszedł z około połowy maksymalnej mocy promieniowania do czegoś znacznie intensywniejszego, tworząc wiatr, który był grubszy niż kiedykolwiek wcześniej”.
Nie był to jednak koniec niespodzianek dostarczonych przez ten wiatr. Nie podróżował z prędkością, której zespół się spodziewał. Kosmiczne wiatry wytwarzane w limicie Eddington lub wokół niego mogą płynąć nawet 124 miliony mil na godzinę, a nawet do około 30% prędkość światła.
Wiatr wypływający z GX13+1 podróżował jednak z prędkością 320 000 mil na godzinę. Mówimy stosunkowo, ponieważ jest to wciąż około 800 razy szybsze niż prędkość dźwięku na Ziemi. To, czego nie miał prędkości, jednak nadrobił swoją gęstość. Jednak w przeciwieństwie do wiatrów widzianych z supermasywnych czarnych otworów w pobliżu limitu Eddington, które są zbitne, wiatr z GX13+1 płynął gładko.
„Nadal jest dla mnie niespodzianką, jak„ powolny ”jest ten wiatr, a także o tym, jak gruby jest. To jak patrzenie na słońce przez brzeg mgły toczącej się w kierunku nas. Wszystko idzie przyciemnienie, gdy mgła jest gruba” – dodała. „Wiatry były całkowicie różne, ale pochodzą z systemów, które są mniej więcej takie same pod względem limitu Eddington.
„Więc jeśli te wiatry są naprawdę zasilane ciśnieniem promieniowania, dlaczego są różne?”
Obecnie wyczerpani i współpracownicy uważają, że różnice te mogą być wynikiem zmian temperatury między dyskami akrecyjnymi wokół gwiazd neutronowych, takich jak ta, którą obserwowali, a otaczającymi supermasywnymi czarnymi otworami.
Dyski akrecyjne wokół supermasywnych czarnych otworów są większe i jaśniejsze niż te wokół gwiazd neutronowych, co oznacza, że ich energia jest rozproszona na większym obszarze. Oznacza to, że światło emitowane z tych większych dysków akrecyjnych znajduje się w obszarze ultrafioletowym widma elektromagnetycznego, podczas gdy Promieniowanie elektromagnetyczne Z dysków wokół gwiazd neutronowych ma postać promieni rentgenowskich, które mają wyższą energię.
Światło ultrafioletowe wchodzą w interakcje z materią łatwiej niż promieniowanie rentgenowskie, więc zespół teoretyzuje, że promieniowanie z supermasywnych dysków akrecyjnych z czarnej dziury może skuteczniej popychać materię, prowadząc do szybszych wiatrów.
Badania te mogą zatem przekształcić nasze zrozumienie, w jaki sposób promieniowanie i materia oddziałują na niektórych najbardziej ekstremalnych przedmiotach wszechświata i jak dostarczają energię do szerszego otoczenia, wpływając na ewoluujące galaktyki. Odkrycia zespołu mogą również pomóc w prowadzeniu przyszłych teleskopów kosmicznych, takich jak Newathena, misja ESA, która ma się uruchomić w 2037 roku i zaprojektowana jako największe obserwatorium rentgenowskie, jakie kiedykolwiek zbudowano.
„Bezprecedensowa rozdzielczość Xrism pozwala nam zbadać te obiekty-i wiele innych-bardziej szczegółowo, torując drogę do teleskopu rentgenowskiego nowej generacji, takich jak promieniowanie rentgenowskie o wysokiej rozdzielczości Potrzebujący”Camille Diez, kolega z ESA w oświadczeniu.
Badania zespołu zostały opublikowane w środę (17 września) w czasopiśmie Natura.
