Оприлюднені свіжі дані, які проясняють походження ультраярких рентгенівських джерел

На минулій у Фізичному інституті ім. П. Н. Лебедєва РАН Гинзбурговской конференції були оприлюднені свіжі дані, які проясняють походження ультраярких рентгенівських джерел (ULX). З доповіддю виступав Сергій Фабрика, завідувач Лабораторії фізики зірок Спеціальної астрофізичної обсерваторії РАН.

Ультраяскравих джерела були виділені в новий клас об’єктів у 2000 році, коли у астрономів з’явилася наглядова інформація з орбітальної рентгенівської обсерваторії «Чандра». Відмінною характеристикою ULX стає, природно, підвищена рентгенівська світність — 1039-1042 ерг/с в діапазоні 0,5–100 кев. Ці цифри можна порівняти з светимостью цілих галактик начебто Чумацького Шляху або М 31, в діапазоні 2-20 кев складової «всього» (0,5–1)•1040 ерг/с.

Практично відразу стало ясно, що виняткову яскравість ULX можна пояснити аккрецией на чорні діри. Параметри, необхідні для побудови відповідної моделі, підбираються без проблем, оскільки світності аккрецирующих чорних дір масою в 4-15 сонячних, які знаходяться в подвійних системах у нашій Галактиці, виміряні з достатньою точністю і досягають (якщо ми маємо на увазі довгострокове енерговиділення, а не піки спалахів) ~1038 ерг/с. Відомо також, що критична (эддингтоновская) світність аккрецирующей діри, що визначається з умови рівноваги між силами тиску випромінювання та гравітаційного тяжіння газу чорною дірою, становить ті ж ≈1038 ерг/с в перерахунку на одну масу Сонця.

Якщо ці значення порівняти з зазначеними вище характеристиками ULX, отримаємо, що маса чорних дір, що відповідають ультраяскравих джерел, повинна доходити до 10 000 сонячних. Подібні об’єкти, звані дірками проміжної маси, дійсно могли утворюватися в результаті еволюції великих зірок, які формувалися в молодий Всесвіту на червоному зсуві z = 15-25.

Система SS 433. Зліва показано аккреційний диск чорної діри і зірка-сверхгигант, а праворуч — струмені речовини, що викидається перпендикулярно диску зі швидкістю ~80 000 км/с. Прецесія диска змушує струменя «звиватися». (Ілюстрація Mark Paternostro.)

Однак теоретичні оцінки частоти зародження ULX за такою схемою виявляються дуже низькими. Це змусило астрофізиків розробити ще одну модель, в якій ULX представляються як надкритичні аккреционные диски в подвійних системах з звичайними чорними дірами зіркової (~10 сонячних) маси. Надкритична аккреція, як розсудили теоретики, породжує потужний вітер, стікаючи з величезною швидкістю, і дві вузькі струмені речовини, що формуються в каналі диска і викидаються перпендикулярно останньому. Складна геометрія і пояснює виникнення ультраярких рентгенівських джерел: передбачається, що їх «реальна» світність не так велика, але ми дивимося на них під невеликим кутом до осі диска і спостерігаємо випромінювання, яке не тільки коллимируется в каналі, але і підсилюється за рахунок релятивістських ефектів.

У Чумацькому Шляху надкритичну режим аккреції можуть протягом короткого часу підтримувати так звані рентгенівські транзиенты (микроквазары). Постійний надкритичну аккреційний диск має тільки один об’єкт в межах Галактики — подвійна система SS 433, знайдена в 1979 році і складається з надгіганта масою 20 сонячних і чорної діри, приблизно на порядок перевершує Сонце за масою. «Диск SS 433 прецессирует, тому ми можемо спостерігати його з різних напрямків щодо осі, — розповідає пан Фабрика. — Досліджуючи його з допомогою російського телескопа БТА та інших найбільших світових телескопів, ми з колегами вивчили канал в цьому диску».

Крім того, група г-на Фабрики зняла спектри декількох оптичних двійників ультраярких джерел на порівняно малих відстанях від Землі, що не перевищують 10 Мпк (втім, навіть на таких дистанціях астрономам знадобився один з найпотужніших телескопів світу — 8-метровий японський «Субару»). Як виявилося, всі досліджені зірки мають схожі спектри, сформовані в гарячому вітрі (температура газу — близько 50 000 К, швидкість вітру — близько 1 000 км/с) і нагадують відомий спектр SS 433. Звідси можна зробити висновок про те, що друга модель появи ULX вірна і вони дійсно представляють собою надкритичні аккреционные диски в подвійних системах, спостережувані під невеликим кутом до осі дисків.

«Нам також вдалося довести, що ультраяскравих рентгенівські джерела належать молодому і масивному зірковому населенню, — продовжує Сергій Фабрика. — Зв’язок між молодими скупченнями і ULX була встановлена при спостереженні взаємодіючих галактик NGC 4038 і NGC 4039. Вік скупчень не перевищує п’яти мільйонів років — а значить, маси зірок — попередників ультраярких джерел перевищували 50-70 сонячних».

Такі дані підтверджують сучасні теорії розвитку зоряних скупчень. При колапсі ядра скупчення найбільші зірки повинні опускатися в центр, а потім, в результаті зіткнень, воно буде викидати подвійні масивні світила, які з часом сформують охоплює його «хмара». Згодом ці зірки спалахують як наднові і спостерігаються із Землі у вигляді яскравих (і ультраярких) рентгенівських джерел. В результаті частина джерел виявляється не в скупченнях, а на відстані 100-300 пк від них — саме там, де ULX іноді виявляли при спостереженні NGC 4038 і NGC 4039.

Підготовлено за матеріалами ФІАН-інформ.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *