Ultra parlak bir X-ışın kaynağının bu örneğinde, iki sıcak gaz nehri bir nötron yıldızının yüzeyine çekiliyor. Yeşil renkle gösterilen güçlü manyetik alanlar, nötron yıldızlarının yüzeyinin yakınındaki madde ve ışık etkileşimini değiştirerek ne kadar parlak olabileceklerini artırabilir. Kredi: NASA/JPL-Caltech
Bu nesneler olması gerekenden 100 kat daha parlaktır. Ajansın gözlemleri NuSTAR X-ışını teleskopu bu bulmacaya olası bir çözümü destekler.
Ultra parlak X-ışını kaynakları (ULX’ler), Güneş’ten yaklaşık 10 milyon kat daha fazla enerji üretir ve düzenli olarak Eddington sınırını 100 ila 500 kat aşar. Bu, bilim adamlarını bu kozmik nesnelerin nasıl bu kadar parlak olabileceği konusunda şaşkına çevirdi. Yakın zamanda yayınlanan bir çalışma The Astrofizik Dergisi kullanılan NASANükleer Spektroskopik Teleskop Dizisi (NuSTAR) ilk kez bir ULX ölçmek için. Bulgular, ULX’lerin potansiyel olarak güçlü manyetik alanları nedeniyle gerçekten de Eddington sınırını aştığını doğruluyor. Alternatif bir hipotez, ULX’lerin güçlü manyetik alanlarının atomları uzatılmış şekillere dönüştürdüğünü, fotonların atomları uzaklaştırma yeteneğini azalttığını ve nihayetinde bir nesnenin olası maksimum parlaklığını artırdığını ileri sürer.
Ultra parlak X-ışını kaynakları olarak bilinen egzotik kozmik nesneler, Güneş’ten yaklaşık 10 milyon kat daha fazla enerji üretir. Aslında o kadar parlaklar ki, bir nesnenin kütlesine bağlı olarak ne kadar parlak olabileceğine bir sınır koyan Eddington sınırı adı verilen fiziksel bir sınırı aşıyor gibi görünüyorlar. Ultra parlak X-ışını kaynakları (kısaca ULX’ler) düzenli olarak bu sınırı 100 ila 500 kat aşar ve bilim insanlarının kafasını karıştırır.
Yakın zamanda yayınlanan bir çalışmada Astrofizik Dergisi, araştırmacılar, NASA’nın Nükleer Spektroskopik Teleskop Dizisi (NuSTAR) ile alınan türünün ilk örneği bir ULX ölçümünü bildirdiler. Bulgu, bu ışık yayıcıların gerçekten de göründükleri kadar parlak olduklarını ve Eddington sınırını aştıklarını doğruluyor. Bir hipotez, bu sınırları aşan parlaklığın ULX’in güçlü manyetik alanlarından kaynaklandığını öne sürüyor. Ancak bilim adamları bu fikri ancak gözlemlerle test edebilirler: Dünya üzerinde şimdiye kadar yapılmış en güçlü mıknatıslardan milyarlarca kat daha güçlü olan ULX manyetik alanları bir laboratuvarda yeniden üretilemez.
Optik modülleri (sağda) odak düzlemindeki (solda) dedektörlerden ayıran 30 fitlik (10 metre) bir direğe sahip NuSTAR uzay aracının çizimi. Bu ayrım, X ışınlarını algılamak için kullanılan yöntem için gereklidir. Kredi: NASA/JPL-Caltech
Limiti Aşmak
Foton adı verilen ışık parçacıkları, karşılaştıkları nesnelere küçük bir itme uygular. ULX gibi bir kozmik nesne, metrekare başına yeterli ışık yayarsa, fotonların dışa doğru itmesi, nesnenin yerçekiminin içe doğru çekilmesine engel olabilir. Bu olduğunda, bir nesne Eddington sınırına ulaşmıştır ve nesneden gelen ışık teorik olarak ona doğru düşen herhangi bir gazı veya diğer malzemeleri itecektir.
Bu geçiş – ışık yerçekimini aştığında – önemlidir, çünkü bir ULX’e düşen malzeme parlaklığının kaynağıdır. Bu, bilim adamlarının kara deliklerde sıklıkla gözlemlediği bir şeydir: Güçlü yerçekimleri başıboş gaz ve tozu çektiğinde, bu malzemeler ısınabilir ve ışık yayabilir. Bilim adamları, ULX’lerin parlak gaz kasalarıyla çevrili kara delikler olması gerektiğini düşünürlerdi. Ancak 2014’te NuSTAR verileri, M82 X-2 adlı bir ULX’in aslında nötron yıldızı adı verilen daha az kütleli bir nesne olduğunu ortaya çıkardı. Karadelikler gibi, nötron yıldızları da bir yıldız ölüp çöktüğünde oluşur ve Güneşimizin kütlesinden fazlasını orta büyüklükte bir şehirden çok da büyük olmayan bir alana sıkıştırır.
Bu inanılmaz yoğunluk aynı zamanda yerçekimsel bir çekim yaratır. nötron yıldızıyüzeyi, Dünya yüzeyindeki yerçekimi kuvvetinden yaklaşık 100 trilyon kat daha güçlüdür. Bu yerçekimi tarafından sürüklenen gaz ve diğer maddeler, nötron yıldızının yüzeyine çarptıklarında muazzam bir enerji açığa çıkararak saatte milyonlarca mil hızlanırlar. (Bir hatmi bir nötron yıldızının yüzeyine düştü bin hidrojen bombasının enerjisiyle vurabilirdi.) Bu, NuSTAR’ın saptadığı yüksek enerjili X-ışını ışığını üretir.
Son çalışma, 2014 keşfinin kalbinde yer alan aynı ULX’i hedef aldı ve M82 X-2’nin kozmik bir parazit gibi, komşu bir yıldızdan yılda yaklaşık 9 milyar trilyon ton veya yaklaşık 1 1/2 kez çaldığını buldu. Dünya’nın kütlesi. Nötron yıldızının yüzeyine çarpan malzeme miktarını bilen bilim adamları, ULX’in ne kadar parlak olması gerektiğini tahmin edebiliyor ve hesaplamaları, parlaklığının bağımsız ölçümleriyle eşleşiyor. Çalışma, M82 X-2’nin Eddington sınırını aştığını doğruladı.
Yanılsama yok
Bilim adamları daha fazla ULX’in parlaklığını doğrulayabilirlerse, ULX’lerin Eddington sınırını aşmasına gerek kalmadan bu nesnelerin görünen parlaklığını açıklayan kalıcı bir hipotezi bir kenara koyabilirler. Diğer kozmik nesnelerin gözlemlerine dayanan bu hipotez, güçlü rüzgarların ışık kaynağının etrafında içi boş bir koni oluşturduğunu ve emisyonun çoğunu bir yönde yoğunlaştırdığını varsayar. Doğrudan Dünya’ya işaret edilirse, koni bir tür optik illüzyon yaratabilir ve ULX parlaklık sınırını aşıyormuş gibi yanlış bir şekilde görünmesini sağlayabilir.
Bazı ULX’ler için durum bu olsa bile, yeni çalışma tarafından desteklenen alternatif bir hipotez, güçlü manyetik alanların kabaca küresel atomları uzun, lifli şekillere dönüştürdüğünü öne sürüyor. Bu, fotonların atomları uzaklaştırma yeteneğini azaltacak ve sonuçta bir nesnenin olası maksimum parlaklığını artıracaktır.
İtalya’daki Ulusal Astrofizik Enstitüsü’nün Cagliari Gözlemevi’nden astrofizikçi ve son çalışmanın baş yazarı Matteo Bachetti, “Bu gözlemler, mevcut teknolojiyle Dünya üzerinde asla yeniden üretemeyeceğimiz bu inanılmaz derecede güçlü manyetik alanların etkilerini görmemizi sağlıyor” dedi. . “Bu astronominin güzelliği. Gökyüzünü gözlemleyerek, evrenin nasıl çalıştığını araştırma yeteneğimizi genişletiriz. Öte yandan, hızlı cevaplar almak için gerçekten deneyler kuramayız; evrenin bize sırlarını göstermesini beklemeliyiz.”
Misyon Hakkında Daha Fazla Bilgi
California Instituted of Technology (Caltech) liderliğindeki ve NASA’nın Jet Tahrik Laboratuvarı (JPL), ajansın Washington’daki Bilim Misyon Müdürlüğü için Güney Kaliforniya’da bulunan NuSTAR, Danimarka Teknik Üniversitesi ve İtalyan Uzay Ajansı (ASI) ile ortaklaşa geliştirildi. Uzay aracı Orbital Sciences Corp. tarafından Dulles, Virginia’da inşa edildi. NuSTAR’ın görev operasyonları merkezi, Kaliforniya Üniversitesi, Berkeleyve resmi veri arşivi, NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi’ndeki NASA’nın Yüksek Enerji Astrofizik Bilim Arşivi Araştırma Merkezi’ndedir. ASI, görevin yer istasyonunu ve bir ayna veri arşivini sağlar. Caltech, NASA için JPL’yi yönetiyor.