Было показано, что двойная система, содержащая массивную звезду и, вероятно, черную дыру, которые вместе являются источником интенсивного рентгеновского излучения, является уменьшенным примером некоторых из самых ярких квазаров во Вселенной.
Новые результаты, полученные международной группой, которая использовала космический аппарат NASA Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), описывают, как рентгеновская двойная система, расположенная на расстоянии около 24 000 световых лет от нас в нашей галактике Млечный Путь, усиливает свое рентгеновское излучение в воронкообразной полости, которая окружает вероятную черную дыру.
Система Cygnus X-3 была открыта в начале 1970-х годов, когда радиотелескопы засекли мощные струи, исходящие из нее со скоростью, близкой к скорости света. Радиоизлучение этих струй длится несколько дней, прежде чем выключается, а затем снова включается.
Происхождение струй в то время было загадочным. Систему описывали как «астрономическую головоломку», не помогая тому факту, что мы даже не можем видеть Cygnus X-3 в видимом свете; он заблокирован густой пылью в плоскости нашей галактики. В 1970-х годах радиоастрономы обсерваторий по всему миру координировали свои действия по телефону, чтобы попытаться поймать Cygnus X-3 в процессе включения или выключения.
Связанный: «Ранняя Вселенная совсем не такая, как мы ожидали»: телескоп Джеймса Уэбба демонстрирует «новое понимание» того, как формировались галактики на космической заре
За прошедшие годы дальнейшие наблюдения в радио-, инфракрасном и рентгеновском диапазонах позволили астрономам выяснить, что Cygnus X-3 — это рентгеновская двойная система, включающая перенос материи между массивной звездой и компактным объектом, которые вращаются вокруг общего центра тяжести. Компактный объект — это либо нейтронная звезда, либо, что более вероятно, черная дыра с массой примерно в пять раз больше массы нашего Солнца. Массивная звезда — это звезда Вольфа-Райе — редкая фаза, которую переживают звезды-сверхгиганты, когда они излучают мощные звездные ветры, которые начинают поднимать большие куски их внешней оболочки в космос. Именно материал, выдуваемый ветром из этой звезды Вольфа-Райе, питает аккреционный диск, который вращается по спирали вокруг компактного объекта.
Однако светимость Cygnus X-3 едва ли правдоподобна. Поток материи на компактный объект, такой как черная дыра, контролируется свойством, известным как предел Эддингтона. Если скорость аккреции достаточно высока, аккреционный диск становится затором — материя в конечном итоге отступает, диск становится плотным и таким горячим, что количество вытекающего излучения может остановить приток свежего материала. Таким образом, черные дыры могут регулировать свой собственный рост, и часть материала выплевывается обратно в радиоизлучающих струях.
Однако некоторые из самых ярких квазаров — галактики с чрезвычайно активными сверхмассивными черными дырами в своих сердцах — похоже, нарушают предел Эддингтона, поскольку их светимость чрезвычайно высока, но они все еще, похоже, аккрецируют материю. И Cygnus X-3, похоже, попадает в эту категорию, хотя и в меньших масштабах.
Теперь группа под руководством Александры Велединой из Университета Турку в Финляндии использовала IXPE для измерения степени поляризации рентгеновского света, исходящего от Cygnus X-3. Они обнаружили, что величина поляризации достаточно высока, и ее можно объяснить только рассеиванием рентгеновских лучей от внутренней части воронкообразной полости в центре аккреционного диска.
«Мы обнаружили, что компактный объект окружен оболочкой из плотной, непрозрачной материи», — говорится в заявлении Веледина. «Свет, который мы наблюдаем, — это отражение от внутренних стенок воронки, образованной окружающим газом, напоминающей чашу с зеркальной внутренней поверхностью».
Непрозрачная оболочка, приподнятая над воронкообразной полостью, типична для квазаров, которые называются «ULX» — сверхяркими источниками рентгеновского излучения. Масштаб усиления в результате рассеяния рентгеновских лучей внутри полости воронки также аналогичен ULX.
«ULX обычно наблюдаются как светящиеся пятна на изображениях далеких галактик, причем их излучение усиливается за счет фокусирующего эффекта окружающей воронки компактного объекта, действуя подобно мегафону», — сказал член исследовательской группы Юри Поутанен из Университета Турку. «Однако из-за огромных расстояний до этих источников… рентгеновским телескопам они кажутся относительно тусклыми».
Поэтому изучение ULX в квазарах оказалось трудным, но теперь астрономы могут использовать гораздо более близкий Лебедь X-3 в качестве модели для лучшего понимания этих далеких ULX.
«Наше открытие теперь выявило яркий аналог этих далеких ULX, находящихся в нашей галактике», — сказал Поутанен.
Вспышки Cygnus X-3 прерывисты из-за эллиптической орбиты звезды Вольфа-Райе вокруг компактного объекта, что означает, что временами она находится ближе и больше материала в ветре падает на вероятную черную дыру. IXPE удалось увидеть, что когда Cygnus X-3 находится в своей фазе ULX — когда количество падающего материала максимально — степень поляризации достигает 24,9%, но когда система менее активна, поляризация падает до 10,4%. Это говорит о том, что структура воронки меняется в ответ на большее или меньшее количество аккреции. Если скорость аккреции падает слишком низко, воронка может полностью разрушиться, только чтобы восстановиться, когда аккреция снова наберет обороты, предсказывает команда Веледины.
Сейчас команда планирует дальнейшие наблюдения, чтобы попытаться уловить этот коллапс, о котором будет сигнализировать падение поляризации почти до нуля, что указывает на то, что рентгеновское излучение исходит непосредственно от горячего газа на поверхности аккреционного диска, а не косвенно. путем рассеяния внутри воронки.
Результаты были опубликованы 21 июня в журнале Nature Astronomy.
Первоначально опубликовано Space.com.
