Widok na czarną dziurę w układzie podwójnym rentgenowskim oraz promienie rentgenowskie, które widzimy odbite od wewnętrznej powierzchni potężnego wypływu otaczającego dziurę. Źródło: Aleksander Mushtukov
Astronomowie odkryli, że dobrze znany układ podwójny promieniowania rentgenowskiego, którego dokładny charakter do tej pory był dla naukowców tajemnicą, w rzeczywistości jest ukrytym, ultrajasnym źródłem promieniowania rentgenowskiego.
Rentgenowskie układy podwójne, które obejmują normalną gwiazdę i zwarty obiekt, taki jak czarna dziurasą bardzo skuteczne w uwalnianiu energii grawitacyjnej. Cygnus X-3, odkryty na początku lat 70. XX wieku, znany jest z intensywnych, ale krótkich emisji radiowych, co czyni go „astronomiczną zagadką”. Ostatnie badania z wykorzystaniem NASASatelita IXPE ujawnił, że Cygnus X-3 jest otoczony gęstą powłoką materii odbijającej światło od jej wewnętrznych ścian i jest identyfikowany jako ultrajasne źródło promieniowania rentgenowskiego (ULX) w naszej Galaktyce.
Zrozumienie rentgenowskich układów podwójnych
Układy podwójne rentgenowskie to intrygujące układy składające się z dwóch ciał niebieskich: zwykłej gwiazdy i zwartego, martwego obiektu, takiego jak czarna dziura lub gwiazda neutronowa który wysysa materię ze swojego gwiezdnego towarzysza. W naszej Galaktyce zidentyfikowano dotychczas kilkaset takich źródeł. Jeśli chodzi o najpotężniejsze zjawiska we Wszechświecie, uwalnianie energii grawitacyjnej w rentgenowskich układach podwójnych wyróżnia się jako proces wysoce wydajny.
Odkrycie i tajemnica Cygnusa X-3
Jednym z pierwszych rentgenowskich układów podwójnych odkrytych w kosmosie jest układ Cygnus X-3. Od początku lat 70. XX wieku ten układ podwójny był znany ze swojej zdolności do krótkotrwałego wyłonienia się z jednego z najbardziej intensywnych źródeł radiowych, jednak w ciągu kilku dni przygasł lub całkowicie zniknął. Ta osobliwa cecha zapoczątkowała wczesne wysiłki, koordynowane za pomocą rozmów telefonicznych, mające na celu zjednoczenie obserwacji astronomicznych na całym świecie. Wyjątkowe zachowanie układu podczas tych krótkotrwałych, wysoce energetycznych zdarzeń, kontrastujące z jego „normalną” naturą, doprowadziło do tego, że w 1973 r. RM Hjellming nazwał go „astronomiczną łamigłówką Cygnus X-3”. Podjęto wiele wysiłków, aby od tego czasu rozumie jego naturę.
Przełomy w polarymetrii rentgenowskiej
Przełomu w rozwikłaniu tej zagadki dokonano dzięki badaniom tego układu za pomocą satelity Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), wystrzelonego przez NASA w grudniu 2021 r. Według Alexandry Velediny, pracownik naukowy Akademii na Uniwersytecie im. Turku w Finlandii i głównego autora badania, wykorzystanie widzenia spolaryzowanego w promieniach rentgenowskich dostarczyło wglądu w konfigurację materii otaczającej zwarty obiekt znajdujący się najbliżej czarnej dziury.
„Odkryliśmy, że zwarty obiekt jest otoczony powłoką z gęstej, nieprzezroczystej materii. Światło, które obserwujemy, jest odbiciem od wewnętrznych ścian lejka utworzonych przez otaczający gaz i przypomina kubek z lustrzanym wnętrzem” – wyjaśnia Veledina.
Wgląd w ultraświecące źródła promieniowania rentgenowskiego
To odkrycie doprowadziło do zidentyfikowania Cygnusa X-3 jako członka klasy ultrajasnych źródeł promieniowania rentgenowskiego (ULX), które pochłaniają materię w tak gigantycznym tempie, że znaczna część opadającej materii nie mieści się w jej wnętrzu. horyzont zdarzeń, ale raczej jest wypychany z systemu.
„ULX są zwykle obserwowane jako jasne plamy na obrazach odległych galaktyk, których emisje są wzmacniane przez efekty skupiające lejka otaczającego zwarty obiekt, działające jak megafon” – wyjaśnia Juri Poutanen, profesor na Wydziale Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Warszawskiego. z Uniwersytetu w Turku i współautor badań.
„Jednakże ze względu na ogromne odległości do tych źródeł, tysiące razy przekraczające rozpiętość… Droga Mlecznawydają się stosunkowo słabe dla teleskopów rentgenowskich. Nasze odkrycie odsłoniło teraz jasny odpowiednik tych odległych ULX znajdujących się w naszej własnej Galaktyce.”
To znaczące odkrycie wyznacza nowy rozdział w badaniach tego niezwykłego kosmicznego źródła, oferując możliwość dogłębnej eksploracji ekstremalnego zużycia materii.
Odniesienie: „Cygnus X-3 ujawnione jako galaktyczne ultraluminiczne źródło promieniowania rentgenowskiego przez IXPE” autorstwa Alexandry Velediny, Fabio Muleri, Juri Poutanen, Jakub Podgorný, Michal Dovčiak, Fiamma Capitanio, Eugene Churazov, Alessandra De Rosa, Alessandro Di Marco, Sofia V. Forsblom, Philip Kaaret, Henric Krawczyński, Fabio La Monaca, Vladislav Loktev, Alexander A. Lutovinov, Sergey V. Molkov, Alexander A. Mushtukov, Ajay Ratheesh, Nicole Rodriguez Cavero, James F. Steiner, Rashid A. Sunyaev, Sergey S. Tsygankov, Martin C. Weisskopf, Andrzej A. Zdziarski, Stefano Bianchi, Joe S. Bright, Nikolaj Bursov, Enrico Costa, Elise Egron, Javier A. Garcia, David A. Green, Mark Gurwell, Adam Ingram, Jari JE Kajava , Ruta Kale, Alex Kraus, Denys Malyshev, Frédéric Marin, Giorgio Matt, Michael McCollough, Ilya A. Mereminskiy, Nikolaj Nizhelsky, Giovanni Piano, Maura Pilia, Carlotta Pittori, Ramprasad Rao, Simona Righini, Paolo Soffitta, Anton Shevchenko, Jiri Svoboda , Francesco Tombesi, Sergei A. Trushkin, Peter Tsybulev, Francesco Ursini, Kinwah Wu, Iván Agudo, Lucio A. Antonelli, Matteo Bachetti, Luca Baldini, Wayne H. Baumgartner, Ronaldo Bellazzini, Stephen D. Bongiorno, Raffaella Bonino, Alessandro Brez , Niccolò Bucciantini, Simone Castellano, Elisabetta Cavazzuti, Chien-Ting Chen, Stefano Ciprini, Ettore Del Monte, Laura Di Gesu, Niccolò Di Lalla, Immacolata Donnarumma, Victor Doroshenko, Steven R. Ehlert, Teruaki Enoto, Yuri Evangelista, Sergio Fabiani, Riccardo Ferrazzoli, Shuichi Gunji, Kiyoshi Hayashida, Jeremy Heyl, Wataru Iwakiri, Svetlana G. Jorstad, Vladimir Karas, Fabian Kislat, Takao Kitaguchi, Jeffery J. Kołodziejczak, Luca Latronico, Ioannis Liodakis, Simone Maldera, Alberto Manfreda, Andrea Marinucci, Alan P. Marscher, Herman L. Marshall, Francesco Massaro, Ikuyuki Mitsuishi, Tsunefumi Mizuno, Michela Negro, Chi-Yung Ng, Stephen L. O’Dell, Nicola Omodei, Chiara Oppedisano, Alessandro Papitto, George G. Pavlov, Abel L. Peirson, Matteo Perri, Melissa Pesce-Rollins, Pierre-Olivier Petrucci, Andrea Possenti, Simonetta Puccetti, Brian D. Ramsey, John Rankin, Oliver Roberts, Roger W. Romani, Carmelo Sgrò, Patrick Slane, Gloria Spandre, Doug Swartz, Toru Tamagawa, Fabrizio Tavecchio, Roberto Taverna, Yuzuru Tawara, Allyn F. Tennant, Nicholas E. Thomas, Alessio Trois, Roberto Turolla, Jacco Vink, Fei Xie i Silvia Zane, 21 czerwca 2024 r., Astronomia przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41550-024-02294-9
