Astrofizikçiler Yıldız Rüzgarları Yoluyla Yıldızların Kütle Kaybını Ölçüyor

Viyana Üniversitesi’nden bir araştırmacının liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi, ilk kez, astrosferlerinden gelen X-ışını emisyonunu kaydederek Güneş benzeri üç yıldızdan gelen yıldız rüzgarlarını doğrudan tespit etti ve yıldızların kütle kaybı oranına kısıtlamalar getirdi. yıldız rüzgarları aracılığıyla. Çalışma şu tarihte yayınlandı: Doğa Astronomi.

Güneş sistemimizi çevreleyen heliosferin yıldız analogları olan astrosferler çok sıcaktır plazma yıldız rüzgarları tarafından gaz ve tozla dolu bir alan olan yıldızlararası ortama üflenen kabarcıklar. Güneş’e benzer düşük kütleli yıldızların yıldız rüzgarlarının incelenmesi, yıldızların ve gezegenlerin evrimini ve nihayetinde kendi yıldızımızın ve güneş sistemimizin tarihini ve geleceğini anlamamızı sağlar. Yıldız rüzgarları, gezegen atmosferlerini uzaya buharlaştıran ve dolayısıyla atmosferik kütle kaybına yol açan birçok süreci harekete geçirir.

Gezegenlerin bir saatten, hatta bir yıldan fazla kaçış oranları çok küçük olmasına rağmen, uzun jeolojik dönemler boyunca faaliyet gösterirler. Kayıplar birikir ve bir gezegenin yaşanabilir bir dünyaya veya havasız bir kayaya dönüşmesi için belirleyici bir faktör olabilir. Hem yıldızların hem de gezegenlerin evrimi açısından önem taşımalarına rağmen, Güneş benzeri yıldızların rüzgarlarını sınırlamak oldukça zordur. Esas olarak proton ve elektronlardan oluşan bu yapılar, aynı zamanda az miktarda daha ağır, yüksek yüklü iyonlar (örn. oksijen, karbon) içerir. Yıldızın etrafındaki yıldızlararası ortamın nötrlerinden elektronları yakalayarak X ışınları yayan bu iyonlardır.

Astrosferlerden Gelen X-ışını Emisyonu Tespit Edildi

Viyana Üniversitesi Astrofizik Bölümü Kıdemli Bilim Adamı Kristina Kislyakova liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi, ilk kez ana dizi yıldızları olarak adlandırılan üç güneş benzeri yıldızın etrafındaki astrosferlerden X-ışını emisyonunu tespit etti. Yaşamlarının baharındaki yıldızlardır ve bu tür rüzgarları ilk kez doğrudan kaydederek, yıldız rüzgarları aracılığıyla yıldızların kütle kaybı oranına kısıtlama getirmelerine olanak tanımıştır.

XMM-Newton uzay teleskopu ile yapılan gözlemlere dayanan bu sonuçlar şu anda Doğa Astronomi. Araştırmacılar, XMM-Newton ile oksijen iyonlarının spektral parmak izlerini (spektral çizgiler olarak adlandırılan) gözlemlediler ve oksijen miktarını ve sonuçta yıldızlar tarafından yayılan yıldız rüzgarının toplam kütlesini belirleyebildiler. Araştırmacılar, astrosferleri tespit edilen 70 Ophiuchi, epsilon Eridani ve 61 Cygni adlı üç yıldız için kütle kaybı oranlarının sırasıyla güneş kütle kaybı oranının 66,5±11,1, 15,6±4,4 ve 9,6±4,1 katı olduğunu tahmin ettiler. Bu, bu yıldızlardan gelen rüzgarların güneş rüzgarından çok daha güçlü olduğu anlamına gelir ve bu, bu yıldızların daha güçlü manyetik aktivitesiyle açıklanabilir.

Araştırmanın baş yazarı Kristina Kislyakova, “Güneş sisteminde, gezegenlerden, kuyruklu yıldızlardan ve heliosferden güneş rüzgarı yük alışverişi emisyonu gözlemlendi ve güneş rüzgarının bileşimini incelemek için doğal bir laboratuvar sağlıyor” diye açıklıyor. “Uzak yıldızlardan gelen bu emisyonu gözlemlemek, sinyalin zayıflığından dolayı çok daha zordur. Buna ek olarak, yıldızlara olan uzaklık, astrosfer tarafından yayılan sinyalin, bir kısmı yıldızın görüş alanı boyunca “yayılan” yıldızın kendisinin gerçek X-ışını emisyonundan ayrıştırılmasını çok zorlaştırmaktadır. enstrümantal efektler nedeniyle teleskop.

“Emisyona yıldızsal ve astrosferik katkıları ayrıştırmak için yeni bir algoritma geliştirdik ve yıldız rüzgarı oksijen iyonlarından ve üç ana dizi yıldızının çevresindeki nötr yıldızlararası ortamdan kaynaklanan yük değişim sinyallerini tespit ettik. Bu, bu tür yıldızların astrosferlerinden gelen X-ışını yük alışverişi emisyonunun ilk kez tespit edilmesi oldu. Tahmini kütle kaybı oranlarımız, yıldız rüzgarı modelleri için bir referans noktası olarak kullanılabilir ve Güneş benzeri yıldızların rüzgarlarına ilişkin sınırlı gözlemsel kanıtlarımızı genişletebilir.”

Gelecek Beklentileri ve Teknolojik Gelişmeler

Viyana Üniversitesi’nden ortak yazar Manuel Güdel şunları ekliyor: “Güneş benzeri yıldızların etrafında rüzgarların varlığını kanıtlamak ve güçlerini ölçmek için otuz yılı aşkın bir süredir dünya çapında çabalar var, ancak şu ana kadar yalnızca dolaylı kanıtlara dayalı yıldız veya çevresi üzerindeki ikincil etkileri bu tür rüzgarların varlığına işaret ediyordu; Grubumuz daha önce rüzgarlardan gelen radyo emisyonunu tespit etmeye çalışmıştı ancak rüzgarları tespit edemeden rüzgar kuvvetlerine yalnızca üst sınırlar koyabildi. Yeni X-ışını tabanlı sonuçlarımız, bu rüzgarları doğrudan bulmanın, hatta görüntülemenin ve çevredeki gezegenlerle etkileşimlerini incelemenin yolunu açıyor.”

“Gelecekte, X-ışınlarında yıldız rüzgarlarının doğrudan tespit edilmesine yönelik bu yöntem, Avrupa Athena misyonunun X-IFU spektrometresi gibi gelecekteki yüksek çözünürlüklü cihazlar sayesinde kolaylaşacaktır. X-IFU’nun yüksek spektral çözünürlüğü, XMM’nin CCD çözünürlüğüyle ayırt edilmesi zor olan oksijen hatlarının (ve diğer soluk hatların) daha ince yapısını ve emisyon oranını çözecek ve emisyon mekanizması üzerinde ek kısıtlamalar sağlayacaktır; yıldızlardan gelen termal emisyon veya astrosferlerden gelen termal olmayan yük değişimi. – çalışmanın ortak yazarlarından CNRS araştırmacısı Dimitra Koutroumpa şöyle açıklıyor:

Referans: KG Kislyakova, M. Güdel, D. Koutroumpa, JA Carter, CM Lisse ve S. Boro Saikia, 12 Nisan 2024, “Üç ana dizi yıldızının etrafındaki astrosferlerin X-ışını tespiti ve bunların kütle kaybı oranları”, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-024-02222-x

Gözlemler, kara deliklerin gaz püskürterek galaksileri değiştirebildiğini, yıldız oluşumunu engelleyebildiğini ve galaktik evrimin anlaşılmasında önemli etkileri olduğunu ortaya koyuyor.

Kara delikler huysuz yeni yürümeye başlayan çocuklar gibidir. Her zaman yiyecek döküyorlar ama ESA’nın XMM-Newton’u bir soruna yakalandı Kara delik normalde medeni bir yemek sırasında ‘masayı ters çevirmek’ eyleminde.

Bu hareket, kara deliği çevreleyen galaksinin yeni yıldızlar oluşturmasını engelliyor ve bize kara deliklerin ve galaksilerin nasıl birlikte evrimleştiğine dair fikir veriyor.

Her büyük galaksinin kalbinde, muazzam yerçekimi çevresinden gaz çeken süper kütleli bir kara delik bulunur. Gaz içeri doğru spiral çizdikçe, kara deliğin etrafında düz bir ‘birikim diski’ halinde toplanıyor, burada ısınıyor ve yanıyor. Zamanla kara deliğe en yakın gaz geri dönüşü olmayan noktayı geçer ve yutulur.

Ancak kara delikler kendilerine doğru spiral şeklinde gelen gazın yalnızca bir kısmını tüketir. Bir kara deliğin etrafını sararken, bir miktar madde uzaya geri fırlatılır; tıpkı dağınık bir çocuğun tabağındakilerin çoğunu dökmesi gibi.

Daha dramatik olaylarda, bir kara delik tüm yemek masasının altını üstüne getirecek: birikim diskindeki gaz her yöne öyle yüksek hızlarda fırlatılacak ki çevredeki yıldızlararası gazı temizleyecek. Bu sadece kara deliği yiyecekten yoksun bırakmakla kalmıyor, aynı zamanda geniş bir bölgede yeni yıldızların oluşamayacağı ve galaksinin yapısını değiştiremeyeceği anlamına da geliyor.

Benzeri Görülmemiş Gözlemler

Şimdiye kadar, bu ultra hızlı ‘kara delik rüzgarı’ yalnızca, içine çekebilecekleri madde miktarının sınırında olan son derece parlak birikim disklerinden geldiği tespit edilmişti. Bu kez XMM-Newton, bir süper hızlı rüzgarı tespit etti. ‘Sadece atıştırma’ olduğunu söyleyebileceğiniz açıkça ortalama bir galaksi.

“Eğer fan en yüksek ayarda çalıştırılırsa çok hızlı rüzgarlar bekleyebilirsiniz. İncelediğimiz Markarian 817 adı verilen galakside, fan daha düşük bir güç ayarında çalıştırılıyordu, ancak hâlâ inanılmaz derecede enerjik rüzgarlar üretiliyordu,” diye belirtiyor bu konuda merkezi bir rol oynayan lisans araştırmacısı Miranda Zak (Michigan Üniversitesi) araştırma.

“Ultra hızlı rüzgarları gözlemlemek çok nadirdir ve ev sahibi galaksinin karakterini değiştirmeye yetecek enerjiye sahip rüzgarları tespit etmek ise daha da nadirdir. Markarian 817’nin özellikle aktif bir durumda olmasa da yaklaşık bir yıl boyunca bu rüzgarları üretmesi, kara deliklerin ev sahibi galaksileri önceden düşünülenden çok daha fazla yeniden şekillendirebileceğini gösteriyor.” diye ekliyor Roma Üniversitesi’nden gökbilimci ortak yazar Elias Kammoun. Tre Üniversitesi, İtalya.

Rüzgârın Engellediği X-ışınları

Aktif galaktik merkezler, X ışınları da dahil olmak üzere yüksek enerjili ışık gönderir. Markarian 817 araştırmacıların dikkatini çekti çünkü son derece sessizdi. Galaksiyi kullanarak gözlemlemek NASA‘S Süratli Gözlemevi Miranda şöyle anlatıyor: “X-ışını sinyali o kadar zayıftı ki, yanlış bir şey yaptığıma ikna oldum!”

ESA’nın daha hassas X-ışını teleskobu XMM-Newton kullanılarak yapılan takip gözlemleri gerçekte ne olduğunu ortaya çıkardı: Birikme diskinden gelen aşırı hızlı rüzgarlar bir örtü gibi davranarak evrenin yakın çevresinden gönderilen X-ışınlarını engelliyordu. kara delik (korona denir). Bu ölçümler NASA’nın gözlemleriyle desteklendi. NuSTAR teleskop.

X-ışını ölçümlerinin ayrıntılı bir analizi, Markarian 817’nin merkezinin, tek bir ‘püskürtme’ gaz göndermek şöyle dursun, birikim diskinde geniş bir alan üzerinde şiddetli bir fırtına ürettiğini gösterdi. Rüzgar birkaç yüz gün sürdü ve her biri ışık hızının yüzde birkaçında hareket eden en az üç ayrı bileşenden oluşuyordu.

Bu, kara deliklerin ve etraflarındaki galaksilerin birbirlerini nasıl etkilediğine dair anlayışımızdaki açık bir bilmeceyi çözüyor. Pek çok galaksi var; Samanyolu merkezlerinin etrafında çok az yeni yıldızın oluştuğu geniş bölgelere sahip gibi görünüyorlar. Bu, yıldız oluşturan gazı temizleyen kara delik rüzgarlarıyla açıklanabilir, ancak bu yalnızca rüzgarların yeterince hızlı olması, yeterince uzun süre devam etmesi ve tipik aktivite seviyelerine sahip kara delikler tarafından üretilmesi durumunda işe yarar.

“Kara deliklerin incelenmesindeki pek çok göze çarpan problem, önemli olayları yakalamak için saatlerce süren uzun gözlemler yoluyla tespitler elde etme meselesidir. Bu, XMM-Newton misyonunun gelecek için birincil önemini vurgulamaktadır. ESA’nın XMM-Newton proje bilimcisi Norbert Schartel, “Başka hiçbir görev yüksek hassasiyet ile uzun, kesintisiz gözlem yapma yeteneğinin birleşimini sunamaz” diyor.

Referans: Miranda K. Zak, Jon M. Miller, Ehud Behar, WN Brandt, Laura Brenneman, Paul A. Draghis, Elias Kammoun, Michael J tarafından yazılan “Seyfert 1.2 Markarian 817’nin Gizli, Eddington Altı Eyaletinde Şiddetli Geri Bildirim” .Koss, Mark T. Reynolds ve Abderahmen Zoghbi, 32 Ocak 2024, Astrofizik Günlük Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad1407

Çalışma öncelikle XMM-Newton’un Avrupa Foton Görüntüleme Kamerası (EPIC) tarafından toplanan verileri kullanıyor. Bu veriler XMM-Newton’un diğer cihazlarının yanı sıra NASA’nın Swift ve NuSTAR misyonlar.