MIT gökbilimcileri, bir nötron yıldızının deniz mavisi küre olarak temsil edilen güneş benzeri bir yıldızdan malzeme çektiği bir sistem olan Herkül X-1’in etrafındaki toplanma diskiyle ilişkili “disk rüzgarlarını” haritaladı. Bulgular, süper kütleli kara deliklerin tüm galaksileri nasıl şekillendirdiğine dair ipuçları sunabilir. Kredi: Jose-Luis Olivares, MIT. Avrupa Uzay Ajansı’ndan D. Klochkov’un Hercules X-1 görüntüsüne dayanmaktadır.
Bu “disk rüzgarının” 2 boyutlu haritası galaksi oluşumuna dair ipuçları verebilir.
MİT gökbilimciler, Hercules X-1 sistemindeki disk rüzgarlarının dikey şeklini ve yapısını başarılı bir şekilde haritaladılar ve bu, bu tür rüzgarların ilk kez iki boyutta gözlemlendiğini gösteriyor. Takım avantaj sağladı nötron yıldızırüzgarları çeşitli perspektiflerden gözlemlemelerine olanak tanıyan sallanan toplanma diski. Yeni haritalama tekniği, bir dizi nesnede özelliklerini inceleyerek disk rüzgarlarının yıldız sistemlerinin ve galaksilerin oluşumunu ve evrimini nasıl etkilediğini belirlemeye yardımcı olabilir. Bu keşif, kara deliklerin ve nötron yıldızlarının evreni nasıl etkilediğine ışık tutuyor.
Yığılma diski, etrafında toplanan devasa bir gaz ve toz girdabıdır. Kara delik veya yakındaki bir yıldızdan malzeme çeken pamuk şeker gibi bir nötron yıldızı. Disk döndükçe, genişleyen, dönen diski iten ve çeken güçlü rüzgarları harekete geçirir. plazma. Bu büyük çıkışlar, etraflarındaki gaz ve tozu ısıtarak ve üfleyerek karadeliklerin çevresini etkileyebilir.
Muazzam ölçeklerde, “disk rüzgarları”, süper kütleli kara deliklerin tüm galaksileri nasıl şekillendirdiğine dair ipuçları sunabilir. Gökbilimciler, biriken kara delikler ve nötron yıldızları da dahil olmak üzere birçok sistemde disk rüzgarlarının belirtilerini gözlemlediler. Ancak bugüne kadar, bu fenomene yalnızca çok dar bir açıdan bakabildiler.
Şimdi, MIT astronomları, bir nötron yıldızının güneş benzeri bir yıldızdan malzeme çektiği bir sistem olan Hercules X-1’de daha geniş bir rüzgar alanı gözlemlediler. Bu nötron yıldızının toplanma diski, dönerken yalpalaması veya “devinmesi” bakımından benzersizdir. Gökbilimciler bu yalpalamadan yararlanarak dönen diskin farklı perspektiflerini yakaladılar ve ilk kez rüzgarlarının iki boyutlu bir haritasını çıkardılar.
Yeni harita, rüzgarın dikey şeklini ve yapısını ve ayrıca hızını ortaya koyuyor – saniyede yaklaşık yüzlerce kilometre veya saatte yaklaşık bir milyon mil, bu, birikim disklerinin dönebileceğinin daha yumuşak ucunda.
Gökbilimciler gelecekte daha fazla sallanan sistem tespit edebilirlerse, ekibin haritalama tekniği, disk rüzgarlarının yıldız sistemlerinin ve hatta tüm galaksilerin oluşumunu ve evrimini nasıl etkilediğini belirlemeye yardımcı olabilir.
Peter Kosec, “Gelecekte, bir dizi nesnede disk rüzgarlarını haritalandırabilir ve örneğin bir kara deliğin kütlesi veya ne kadar malzeme biriktiği ile rüzgar özelliklerinin nasıl değiştiğini belirleyebiliriz” diyor. MIT’nin Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırmaları Enstitüsü. “Bu, kara deliklerin ve nötron yıldızlarının evrenimizi nasıl etkilediğini belirlemeye yardımcı olacak.”
Kösec, dergide yayınlanan bir çalışmanın baş yazarıdır. Doğa Astronomisi 10 Nisan 2023’te MIT ortak yazarları arasında Erin Kara, Daniele Rogantini ve Claude Canizares’in yanı sıra İngiltere, Cambridge’deki Astronomi Enstitüsü de dahil olmak üzere birçok kurumdan ortak çalışanlar yer alıyor.
Sabit görüş
Disk rüzgarları en çok X-ışını ikili dosyalarında gözlemlenmiştir – bir kara deliğin veya bir nötron yıldızının daha az yoğun bir nesneden malzeme çektiği ve dışarı akan rüzgarla birlikte ilham veren maddeden akkor bir disk oluşturduğu sistemler. Bu sistemlerden rüzgarların tam olarak nasıl fırlatıldığı belirsizdir. Bazı teoriler, manyetik alanların diski parçalayabileceğini ve malzemenin bir kısmını rüzgar olarak dışarı atabileceğini öne sürüyor. Diğerleri, nötron yıldızının radyasyonunun akkor rüzgarlarda diskin yüzeyini ısıtıp buharlaştırabileceğini öne sürüyor.
Bir rüzgarın kökenine dair ipuçları, yapısından çıkarılabilir, ancak disk rüzgarlarının şekli ve kapsamını çözmek zor olmuştur. Çoğu ikili dosya, tek bir düzlemde dönen ince gaz halkaları gibi, nispeten eşit şekle sahip yığılma diskleri üretir. Bu diskleri uzaktaki uydulardan veya teleskoplardan inceleyen gökbilimciler, disk rüzgarlarının etkilerini yalnızca dönen disklerine göre sabit ve dar bir aralıkta gözlemleyebilirler. Bu nedenle, gökbilimcilerin tespit etmeyi başardığı herhangi bir rüzgar, daha büyük yapısının küçük bir şerididir.
Kosec, “Rüzgar özelliklerini yalnızca tek bir noktada inceleyebiliyoruz ve o noktanın etrafındaki her şeye tamamen körüz,” diyor.
2020’de o ve meslektaşları, bir ikili sistemin daha geniş bir disk rüzgarları görünümü sunabileceğini fark etti. Hercules X-1, sistemin merkezi nötron yıldızı etrafında dönerken yalpalayan çarpık toplanma diskiyle bilinen çoğu X-ışını ikili dosyasından sıyrıldı.
Kosec, “Disk gerçekten her 35 günde bir sallanıyor ve rüzgarlar diskin bir yerinden geliyor ve zamanla diskin farklı yüksekliklerinde görüş alanımızı geçiyor” diye açıklıyor. “Bu, sistemin dikey rüzgar özelliklerini daha iyi anlamamızı sağlayan çok benzersiz bir özelliği.”
Bükülmüş bir yalpalama
Yeni çalışmada, araştırmacılar Hercules X-1’i iki X-ışını teleskopu kullanarak gözlemlediler. Avrupa Uzay AjansıXMM Newton ve NASAChandra Gözlemevi.
“Ölçtüğümüz şey bir X-ışını spektrumu, yani dedektörlerimize ulaşan X-ışını fotonlarının enerjilerine karşı miktarı. Absorpsiyon çizgilerini veya X-ışını ışığının eksikliğini çok özel enerjilerde ölçüyoruz” diyor Kosec. “Farklı çizgilerin ne kadar güçlü olduğu oranından, disk rüzgarı içindeki sıcaklığı, hızı ve plazma miktarını belirleyebiliriz.”
Gökbilimciler, Hercules X-1’in çarpık diskiyle, disk çizgisinin, çarpık bir kaydın yandan bakıldığında salınıyormuş gibi görünmesine benzer şekilde, sallanıp dönerken yukarı ve aşağı hareket ettiğini görebildiler. Etki, araştırmacıların, düzgün dönen bir diskin üzerindeki tek bir sabit yükseklikten ziyade, diske göre değişen yüksekliklerde disk rüzgarlarının belirtilerini gözlemleyebilecekleri şekilde oldu.
Araştırmacılar, disk zamanla yalpalarken ve dönerken X-ışını emisyonlarını ve soğurma çizgilerini ölçerek, diske göre çeşitli yüksekliklerdeki rüzgarların sıcaklığı ve yoğunluğu gibi özellikleri tarayabilir ve rüzgarın iki boyutlu bir haritasını oluşturabilirler. dikey yapı.
Kosec, “Gördüğümüz şey, rüzgarın diskten uzayda genişlerken diske göre yaklaşık 12 derecelik bir açıyla yükseldiğidir” diyor. “Ayrıca diskin üzerinde daha yükseklerde daha soğuk, daha topak tonlu ve daha zayıf hale geliyor.”
Ekip, rüzgarın kökenini hangisinin en iyi açıklayabileceğini görmek için gözlemlerini çeşitli rüzgar fırlatma mekanizmalarının teorik simülasyonlarıyla karşılaştırmayı planlıyor. Dahası, daha çarpık ve sallanan sistemler keşfetmeyi ve disk rüzgar yapılarını haritalandırmayı umuyorlar. Daha sonra, bilim adamları disk rüzgarları ve bu tür çıkışların çevrelerini nasıl etkilediği – özellikle çok daha büyük ölçeklerde – hakkında daha geniş bir görüşe sahip olabilir.
“Süper kütleli kara delikler galaksilerin şeklini ve yapısını nasıl etkiler?” poz veriyor Erin Kara, 1958 Sınıfı Kariyer Gelişimi, MIT’de Fizik Yardımcı Doçenti. “Önde gelen hipotezlerden biri, bir kara delikten fırlatılan disk rüzgarlarının galaksilerin görünüşünü etkileyebileceğidir. Artık bu rüzgarların nasıl ortaya çıktıklarına ve neye benzediklerine dair daha ayrıntılı bir resim elde edebiliyoruz.”
Referans: “Dönen bir birikim diski tarafından ortaya çıkarılan bir X-ışını ikilisinde dikey rüzgar yapısı”, yazan P. Kosec, E. Kara, AC Fabian, F. Fürst, C. Pinto, I. Psaradaki, CS Reynolds, D. Rogantini, DJ Walton, R. Ballhausen, C. Canizares, S. Dyda, R. Staubert ve J. Wilms, 10 Nisan 2023, Doğa Astronomisi.
DOI: 10.1038/s41550-023-01929-7
Bu araştırma kısmen NASA tarafından desteklenmiştir.