Надяскраві джерела рентгенівського випромінювання

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Зображення телескопу Чандра NGC 4485 та NGC 4490: двох потенційних ULX

Надяскраве джерело рентгенівського випромінення (англ. ultra-luminous X-ray source, ULX) — астрономічне джерело рентгенівських променів, менш яскраве за активні ядра галактик, але більш постійно яскравіше за будь-який відомий зоряний процес (перевищує 1039 ерг/с, або 1032 Ват), за припущення, що воно випромінює ізотропічно (однаково в усіх напрямках). Як правило, виявлено одне ULX на галактику (для галактик, де вони є), але у деяких галактик виявлено декілька ULX. Чумацький Шлях не має ULX.

Головний інтерес астрономів до ULX полягає в тому, що їх світність перевищує межу Едінгтона нейтронних зір та навіть чорних дір зоряної маси. Не відомо напевно, що є джерелом для ULX; моделі включають спрямований промінь об'єктів зоряної маси, акретуючі чорні діри середньої маси та над-едінгтонську емісію.

Дані спостережень[ред.ред. код]

Надяскраві джерела рентгенівського випромінення були вперше відкриті у 1980-ті обсерваторією Ейнштейна (HEAO-2). Пізніші спостереження також здійснені ROSAT, а значний прогрес досягнуто рентгенівськими обсерваторіями XMM-Newton та Чандра, які мали значно вищі спектральну та кутову роздільну здатність. Огляд ULX від спостережень телескопу Чандра показує, що є приблизно одне ULX на галактику, в яких вони спостерігаються (у більшості галактик їх не знайдено)[1] ULX були знайдені у всіх типах галактик, але частіше зустрічаються у галактиках з ознаками зореутворення та у гравітаційно взаємодіючих галактиках. Десятки відсотків знайдених ULX насправді є фоновими квазарами; ймовірність того, що ULX є фоновим джерелом вища у еліптичних галактик, ніж у спіральних.

Моделі[ред.ред. код]

Факт, що ULX мають едінгтонські світності вищі за світності об'єктів зоряної маси дозволяє припустити, що вони відрізняються від звичайних рентгенівських подвійних. Науковцями розроблено декілька моделей на пояснення ULX, і може статись, що різні моделі будуть справедливими для різних джерел.

Спрямований промінь (англ. Beamed emission) — якщо випромінення з джерела сильно спрямовано, аргумент Едінгтона обходиться двічі: по-перше, тому, що фактична світність джерела менша, ніж виміряна; по-друге, тому, що акретований газ може надходити з іншого напрямку, ніж той, в якому випромінюються фотони. Моделювання вказує, що джерела зоряних мас можуть досягнути світності до 1040 ерг/с (1033 Ват), достатньої, щоб пояснити більшість джерел, але замалої для пояснення найбільш яскравих. Якщо джерело має зоряну масу та термальний спектр, його температура має бути високою, у сталій Больцмана kT ≈ 1 тис. електронвольт, а квазі-періодичні осциляції мають бути відсутні.

Чорні діри середньої маси (англ. Intermediate-mass black holes, IMBH) — в природі на цей час спостерігаються чорні діри з масами у десятки мас Сонця та з масами мільйони чи мільярди мас Сонця. Перші є  'чорними дірами зоряної маси', фінальною стадією життя масивних зір, а другі  - надмасивними чорними дірами, що існують у центрі галактик. Чорні діри середньої маси є гіпотетичним третім типом чорних дір з масами від сотень до тисяч мас Сонця[2]. Вони досить легкі, щоб не «потонути» до центра їх рідних галактик внаслідок динамічного тертя, але достатньо масивні, щоб випромінювати світність на рівнях ULX без порушення межі Едінгтона. Якщо ULX є чорною дірою середньої маси, у високому/м'якому стані воно повинно мати термальний компонент від акреційного диска з максимумом на відносно низьких температурах (kT ≈ 0,1 тис. електронвольт) та може демонструвати квазі-періодичну осциляцію на відносно низьких частотах.

У деяких наукових публікаціях аргументом на користь визнання окремих джерел кандидатами у IMBHs є аналогія рентгенівського спектру  як збільшених у масштабі рентгенівських подвійних з чорними дірами зоряних мас. За спостереженнями спектри рентгенівських подвійних проходять через різні перехідні стани. Найбільш значущим з цих станів  є низький/жорсткий стан та високий/м'який стан (див. Remillard & McClintock 2006). Низький/жорсткий стан або стан домінування ступеневої залежності характеризується поглиненим ступенево-залежним рентгенівським спектром зі спектральним індексом від 1,5 до 2,0 (жорсткий рентгенівський спектр). Історично, цей стан асоціюється з нижчою яскравістю, хоча за спостереженнями супутників, напр. RXTE, це не обов'язково так. Високий/м'який стан характеризується поглиненим термальним компонентом (чорне тіло з температурою диска у (kT ≈ 1,0 тис. електронвольт) та ступеневою залежністю (спектральний індекс ≈ 2,5). Принаймні одне ULX, Holmberg II X-1, спостерігалось у станах зі спектрами, характерними і для високого, і для низького станів. Це може свідчити про те, що деякі ULX є акретуючими чорними дірами середніх мас (див. Winter, Mushotzky, Reynolds 2006).

Фонові квазари — значна частина ULX, які спостерігались, насправді є фоновими джерелами. Такі джерела можуть бути ідентифіковані за дуже низькими температурами (тобто м'який надлишок у PG квазарів).

Залишки наднових — залишки яскравих наднових можливо можуть досягати світності до 1039 ерг/с (1032 W). Якщо ULX є залишком наднової, воно не є змінним на короткостроковому періоді, а протягом декількох років тьмяніє.

Варті уваги ULX[ред.ред. код]

  • Holmberg II X-1: це відоме ULX розташоване у карликовій галактиці. Численні спостереження за допомогою XMM  побачили це джерело і у низькому/жорсткому стані, і у високому/м'якому, що дозволяє припустити, що джерело є або збільшеною у масштабі рентгенівською подвійною, або акретуючою чорною дірою середніх мас.
  • M74: можливо містить чорну діру середніх мас, за спостереженнями Чандри 2005 р.
  • M82 X-1: станом на жовтень 2004 року це було найяскравіше ULX і часто позначалось як найсильніший кандидат на існування в ньому чорної діри середньої маси[3]. M82-X1 асоціюється з зоряним скупченням, має квазі-періодичні осциляції та модуляцію у 62 дні у його рентгенівській амплітуді.
  • M82 X-2: незвичайне ULX — у 2014 році було відкрито, що це пульсар, а не чорна діра.[4]
  • M101-X1: одне з найяскравіших ULX, зі світностями до 1041 ерг/с (1034 W). Це ULX збігається у просторі з видимим джерелом, які було інтерпретовано як зоря-надгігант, тому воно може бути рентгенівською подвійною[5].
  • NGC 1313 X1 та X2: NGC 1313, спіральна галактика у сузір'ї Сітки, має два надяскраві джерела рентгенівського випромінення.[6] Ця два джерела мають низькотемпературні дискові компоненти, що вважається можливим доказом існування в них чорних дір середньої маси[7].

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. Swartz, D.A. (Oct 2004). The Ultraluminous X-Ray Source Population from the Chandra Archive of Galaxies. The Astrophysical Journal Supplement Series 154 (2). с. 519–539. Bibcode:2004astro.ph..5498S. arXiv:astro-ph/0405498. doi:10.1086/422842. 
  2. Merritt, David (2013). Dynamics and Evolution of Galactic Nuclei. Princeton, NJ: Princeton University Press. ISBN 9781400846122. 
  3. Miller, J.M. (Oct 2004). A Comparison of Intermediate-Mass Black Hole Candidate Ultraluminous X-Ray Sources and Stellar-Mass Black Holes. The Astrophysical Journal 614 (2). с. L117–L120. Bibcode:2004astro.ph..6656M. arXiv:astro-ph/0406656. doi:10.1086/425316. 
  4. Bachetti, M.; Harrison, F. A.; Walton, D. J.; Grefenstette, B. W.; Chakrabaty, D.; Fürst, F.; Barret, D. (9 October 2014). An ultraluminous X-ray source powered by an accreting neutron star. Nature 514 (7521). с. 202–204. Bibcode:2014Natur.514..202B. arXiv:1410.3590. doi:10.1038/nature13791. 
  5. Kuntz, K.D. (Feb 2005). The Optical Counterpart of M101 ULX-1. The Astrophysical Journal 620 (1). с. L31–L34. Bibcode:2005ApJ...620L..31K. doi:10.1086/428571. 
  6. Irion R (July 23, 2003). Stronger Case for Midsize Black Holes. 
  7. Miller, J.M. (Mar 2003). X-ray Spectroscopic Evidence for Intermediate-Mass Black Holes: Cool Accretion Disks in Two Ultraluminous X-Ray Sources. Astrophysical Journal Letters 585 (1). с. L37–L40. Bibcode:2003ApJ...585L..37M. arXiv:astro-ph/0211178. doi:10.1086/368373.