Bilim adamları, uzak bir nötron yıldız sistemindeki şiddetli rüzgarları haritalandırıyor

Yığılma diski, yakındaki bir yıldızdan malzeme çekerken bir kara deliğin veya bir nötron yıldızının pamuk şeker gibi etrafında toplanan devasa bir gaz ve toz girdabıdır. Disk dönerken, genişleyen, dönen plazmayı iten ve çeken güçlü rüzgarları harekete geçirir. 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 hızını ortaya koyuyor – saniyede yaklaşık yüzlerce kilometre veya saatte yaklaşık bir milyon mil, bu, birikim disklerinin dönebileceğinin daha ılıman 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 rüzgar özelliklerinin, örneğin bir kara deliğin kütlesiyle veya ne kadar malzeme biriktiğiyle 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, yayınlanan çalışmanın baş yazarıdır. Doğa Astronomisi. 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 bulunmaktadır.

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 zamanla sallanıyor ve rüzgarlar diskin bir yerinden geliyor ve zamanla diskin farklı yüksekliklerinde görüş alanımızı geçiyor” diye açıklıyor Kosec. “Bu, dikey rüzgar özelliklerini daha iyi anlamamızı sağlayan, bu sistemin çok benzersiz bir özelliği.”

Bükülmüş bir yalpalama

Yeni çalışmada araştırmacılar, Avrupa Uzay Ajansı’nın XMM Newton’u ve NASA’nın Chandra Gözlemevi olmak üzere iki X-ışını teleskopu kullanarak Hercules X-1’i gözlemlediler.

“Ölçtüğümüz şey bir X-ışını spektrumu, yani dedektörlerimize ulaşan X-ışını fotonlarının enerjilerine karşı miktarı anlamına geliyor. Absorpsiyon çizgilerini veya çok özel enerjilerde X-ışını ışığının eksikliğini 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.

Kösec, “Gördüğümüz şey, rüzgarın uzayda genişledikçe diske göre yaklaşık 12 derecelik bir açıyla diskten yükseldiğidir.” “Ayrıca diskin üzerinde daha yükseklerde daha soğuk, daha engebeli 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 görünümünü etkileyebileceğidir. Şimdi bu rüzgarların nasıl fırlatıldığı ve neye benzedikleri hakkında daha ayrıntılı bir resim elde edebiliriz.”

Bu hikaye MIT News’in izniyle yeniden yayınlandı (web.mit.edu/newsoffice/), MIT araştırması, inovasyonu ve öğretimi ile ilgili haberleri kapsayan popüler bir site.