Загадочные двойные системы оставляют чрезвычайно быстрые ветра

Исследователи из Кембриджского университета, использовали данные космическую обсерваторию Европейского космического агентства XMM-Newton, чтобы первыми открыть невероятно сильные ветра с очень высокими скоростями из двух таинственных источников рентгеновского излучения.

Открытие было опубликовано в журнале Nature.

При наблюдении Вселенной в диапазоне рентгеновских волн, доминируют два типа астрономических объектов: сверхмассивные черные дыры, располагающиеся в центрах крупных галактик и свирепо пожирающие материал вокруг себя, и бинарные системы, состоящие из звездного остатка – белого карлика, нейтронной звезды или черной дыры – питающиеся газом звезды-компаньона.

В обоих случаях газ образует вихревой диск вокруг компактного и очень плотного центрального объекта. Трение в диске заставляет газ нагреваться и излучать свет на различных длинах волн, где пик достигается в рентгеновских лучах.

Но промежуточный класс объектов был обнаружен в 1980-х годах и до сих пор не до конца понятен. От 10 до 100 раз ярче, чем обычные рентгеновских двойные системы, эти источники, тем не менее, слишком слабы, чтобы быть связанными с сверхмассивными черными дырами, и в любом случае, обычно находятся далеко от центра своей галактики.

"Мы считаем, что эти так называемые «ультра-светящиеся рентгеновские источники» – специальные бинарные системы, поглощающие газ с гораздо более высокой скоростью, чем обычные рентгеновские двойные системы", сказал доктор Чиро Пинто (Ciro Pinto) из Института астрономии Кембриджского университета, ведущий автор исследования. "Некоторые из этих источников содержат высоко намагниченные нейтронные звезды, в то время как другие могут скрывать черные дыры промежуточной массы – около 1 000 масс Солнца. Но в большинстве случаев причина их экстремального поведения до сих пор не ясна".

Пинто и его коллеги собрали вместе наблюдения за несколько дней трех ультра-светящихся рентгеновских источников, расположенных в соседних галактиках менее чем в 22 миллионах световых лет от Млечного Пути. Данные были получены в течение нескольких лет при помощи спектрометра Reflection Grating Spectrometer, установленного на XMM-Newton, что позволило исследователям выявить тонкие особенности в спектре рентгеновского излучения источников.

Во всех трех источниках ученые смогли идентифицировать рентгеновское излучение газа во внешних частях диска, окружающего центральный компактный объект, медленно плывующее по направлению к нему.

Но два из трех источников – известных как NGC 1313 X-1 и NGC 5408 X-1 – также показывают явные признаки рентгеновских лучей, поглощаемых газом, который исходит от центрального источника со скоростью 70 000 километров в секунду – почти четверть от скорости света.

"Это первый раз, когда мы видели ветра, исходящие от ультра-светящихся рентгеновских источников", сказал Пинто. "И очень высокая скорость этих оттоков говорит нам кое-что о природе компактных объектов в этих источниках, которые судорожно пожирают материю".

В то время как горячий газ втягивается внутрь под действием силы тяжести центрального объекта, он также ярко светит, и давление, оказываемое на излучение, выталкивает ее наружу. Это компромисс: чем больше масса, тем быстрее он draws окружающий газ; но это также заставляет газ нагревается быстрее, испуская больше света и увеличивая давление, которое отгоняет газ в сторону.

Существует теоретический предел того, насколько материя может втягиваться объектом данной массы, известный как предел Эддингтона. Предел впервые был рассчитан для звезд астроном Артуром Эддингтоном, но он также может быть применен к компактным объектам, как черные дыры и нейтронные звезды.

"Наблюдая рентгеновские источники, излучающиеся за пределом Эддингтона, можно изучить их процесс аккреции в мельчайших подробностях, исследуя насколько предел может быть превышен, и то, что именно вызывает отток таких сильных ветров", сказал Норберт Чартел (Norbert Schartel), ученый миссии XMM-Newton.

Для дальнейшего исследования, команда все еще изучает архив данных XMM-Newton в поисках большего числа источников этого типа, а также планирует будущие наблюдения в рентгеновских лучах, а также в оптическом и радиодиапазоне.