Το να βλέπεις μερικούς κοσμικούς εκπομπούς ακτίνων Χ μπορεί να είναι θέμα προοπτικής

Γνωστοί ως εξαιρετικά φωτεινές πηγές ακτίνων Χ, οι εκπομπούς είναι εύκολο να εντοπιστούν όταν τους κοιτάζουμε απευθείας, αλλά μπορεί να είναι κρυμμένοι από το βλέμμα τους εάν δείχνουν ελαφρώς μακριά από τη Γη.

Είναι δύσκολο να χάσετε τη δέσμη ενός φακού που κατευθύνεται απευθείας προς εσάς. Αλλά αυτή η ακτίνα που βλέπουμε από το πλάι φαίνεται αισθητά αμυδρή. Το ίδιο ισχύει για ορισμένα κοσμικά αντικείμενα: σαν φακός, ουσιαστικά λάμπουν προς μία κατεύθυνση και μοιάζουν δραματικά διαφορετικά ανάλογα με το αν η δέσμη απομακρύνεται από τη Γη (και τα κοντινά διαστημικά τηλεσκόπια) ή απευθείας προς αυτήν.

νέα δεδομένα από NASAΤο διαστημικό παρατηρητήριο NuSTAR σημειώνει ότι αυτό το φαινόμενο ισχύει για μερικούς από τους πιο εξέχοντες εκπομπείς ακτίνων Χ στο τοπικό σύμπαν: τις εξαιρετικά φωτεινές πηγές ακτίνων Χ (ULX). Τα περισσότερα κοσμικά αντικείμενα, συμπεριλαμβανομένων των άστρων, εκπέμπουν πολύ λίγο φως ακτίνων Χ, ειδικά στη ζώνη υψηλής ενέργειας που βλέπει η NuSTAR. Αντίθετα, τα ULX είναι σαν φάροι ακτίνων Χ που διαπερνούν το σκοτάδι. Για να θεωρηθεί ULX, μια πηγή πρέπει να έχει μια ακτινοβολία ακτίνων Χ που είναι ένα εκατομμύριο φορές πιο φωτεινή από τη συνολική απόδοση του ηλιακού φωτός (σε όλα τα μήκη κύματος). Τα ULX είναι εξαιρετικά φωτεινά και μπορούν να φανούν εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, σε άλλους γαλαξίες.

Αυτή η κίνηση δείχνει πώς το SS 433 – το οποίο έχει μια πηγή πυρακτώσεως φωτός που περιβάλλεται από δύο δομές σε σχήμα μπολ – γέρνει μπρος -πίσω στην τροχιά του. Όπως και με τον φακό, το φως του SS 433 φαίνεται πιο σκούρο όταν το βλέπετε από το πλάι. Πίστωση: NASA/JPL-Caltech

Η νέα μελέτη δείχνει ότι το αντικείμενο Γνωστό ως SS 433, που βρίσκεται στην Γαλαξίας Ο γαλαξίας, μόλις 20.000 έτη φωτός από τη Γη, είναι ULX, αν και φαίνεται ότι είναι περίπου 1.000 φορές πιο σκοτεινός από το ελάχιστο που θα θεωρούνταν ένας.

Αυτή η αδυναμία είναι ένα τέχνασμα προοπτικής, σύμφωνα με τη μελέτη: Οι ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας από το SS 433 παγιδεύονται αρχικά μέσα σε δύο κώνους αερίου που εκτείνονται προς τα έξω από τις αντίθετες πλευρές του κεντρικού σώματος. Αυτοί οι κώνοι είναι σαν ένα αντανακλαστικό μπολ που περιβάλλει έναν φακό: παγιδεύουν το φως των ακτίνων Χ από το SS 433 σε μια στενή δέσμη, μέχρι να διαφύγει και να ανιχνευθεί από τον Neustar. Αλλά επειδή οι κώνοι δεν δείχνουν απευθείας στη Γη, ο Neustar δεν μπορεί να δει την πλήρη φωτεινότητα του αντικειμένου.

«Από καιρό υποπτευόμασταν ότι ορισμένα ULX εκπέμπουν φως σε στενούς λοφούς, όχι προς κάθε κατεύθυνση σαν γυμνός λαμπτήρας», δήλωσε ο Matt Middleton, καθηγητής αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο του Southampton στο Ηνωμένο Βασίλειο και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. “Στη μελέτη μας, επιβεβαιώνουμε αυτήν την υπόθεση δείχνοντας ότι το SS 433 θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ως ULX για πρόσωπο με πρόσωπο παρατηρητή.”

Εάν ένα ULX που είναι σχετικά κοντά στη Γη θα μπορούσε να καλύψει την πραγματική του φωτεινότητα λόγω του τρόπου με τον οποίο προσανατολίζεται, πιθανότατα θα υπήρχαν περισσότερα ULX – ιδιαίτερα σε άλλους γαλαξίες – μεταμφιεσμένα με παρόμοιο τρόπο. Αυτό σημαίνει ότι ο συνολικός πληθυσμός του ULX πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτερος από αυτόν που παρατηρούν σήμερα οι επιστήμονες.

σκούρος κώνος

Περίπου 500 ULX έχουν βρεθεί σε άλλους γαλαξίες και η απόσταση τους από τη Γη σημαίνει ότι είναι συχνά σχεδόν αδύνατο να προσδιοριστεί ποιος τύπος αντικειμένου παράγει την εκπομπή ακτίνων Χ. Οι ακτίνες Χ προκαλούνται πιθανώς από τη θέρμανση μεγάλης ποσότητας αερίου σε ακραίες θερμοκρασίες καθώς έλκεται από τη βαρύτητα ενός πολύ πυκνού αντικειμένου. Αυτό το αντικείμενο μπορεί να είναι είτε α αστέρι νετρονίων (Κατάλοιπο αστέρι που καταρρέει) ή μικρό Μαύρη τρύπα, μάζα όχι μεγαλύτερη από 30 φορές τη μάζα του Sunλιου μας. Το αέριο σχηματίζει έναν δίσκο γύρω από το σώμα, όπως το νερό που κυκλοφορεί γύρω από μια αποχέτευση. Η τριβή στο δίσκο προκαλεί άνοδο της θερμοκρασίας, προκαλώντας την ακτινοβολία, μερικές φορές τόσο ζεστή που το σύστημα εκρήγνυται με ακτίνες Χ. Όσο πιο γρήγορα πέσει το υλικό στο κεντρικό σώμα, τόσο πιο φωτεινές είναι οι ακτίνες Χ.

Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι το αντικείμενο στον πυρήνα του SS 433 είναι μια μαύρη τρύπα με μάζα περίπου 10 φορές τη μάζα του ήλιου μας. Αυτό που είναι σίγουρο γνωστό είναι ότι τρώει ένα μεγάλο κοντινό αστέρι και η βαρύτητά του τραβάει το υλικό με ταχείς ρυθμούς: σε ένα χρόνο, το SS 433 κλέβει το ισοδύναμο περίπου 30 φορές της μάζας της Γης από τον γείτονά του, καθιστώντας το περισσότερο άπληστος. Η μαύρη τρύπα ή αστέρι νετρονίων γνωστή στον γαλαξία μας.

Το κοσμικό αντικείμενο SS 433 περιέχει μια φωτεινή πηγή ακτίνων Χ που περιβάλλεται από δύο μισά καυτού αερίου. Το SS 433 γέρνει περιοδικά, με αποτέλεσμα μια δέσμη ακτίνων Χ να κατευθύνεται προς τη Γη.
Πίστωση: NASA/JPL-Caltech

“Είναι γνωστό εδώ και πολύ καιρό ότι αυτό το πράγμα τρώει με εκθετικούς ρυθμούς”, δήλωσε ο Middleton. “Αυτό είναι που ξεχωρίζει τα ULX από άλλα αντικείμενα και είναι πιθανότατα η βασική αιτία των άφθονων ποσοτήτων ακτίνων Χ που βλέπουμε από αυτά.”

Η ύπαρξη στο SS 433 έχει μάτια μεγαλύτερα από το στομάχι του: κλέβει περισσότερα υλικά από όσα μπορεί να καταναλώσει. Κάποιο από το πλεόνασμα υλικού εκτοξεύεται από το δίσκο και σχηματίζονται δύο ημισφαίρια εκατέρωθεν του δίσκου. Μέσα στο καθένα υπάρχει ένα κενό σε σχήμα κώνου που ανοίγεται στο διάστημα. Πρόκειται για κώνους που συλλέγουν ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας σε μια δέσμη. Όποιος κοιτάζει απευθείας στο κάτω μέρος ενός από τους κώνους θα δει ένα καθαρό ULX. Αν και αποτελούνται μόνο από αέριο, οι κώνοι είναι τόσο χοντροί και ογκώδεις που δρουν σαν πλάκες μολύβδου σε ένα θάλαμο εξέτασης ακτίνων Χ και εμποδίζουν τις ακτίνες Χ να περάσουν από αυτές στο πλάι.

Οι επιστήμονες υποψιάζονται ότι ορισμένα από τα ULX μπορεί να είναι κρυμμένα από το θέαμα για αυτόν τον λόγο. Το SS 433 παρείχε μια μοναδική ευκαιρία για να δοκιμάσει αυτή την ιδέα επειδή, όπως και στην κορυφή, ταλαντεύεται γύρω από τον άξονά του – μια διαδικασία που οι αστρονόμοι αποκαλούν προληπτική.

Απεικόνιση του διαστημοπλοίου Neustar, μήκους 10 μέτρων (10 μέτρων) που χωρίζει τις οπτικές μονάδες (δεξιά) από τους ανιχνευτές στο εστιακό επίπεδο (αριστερά). Αυτός ο διαχωρισμός είναι απαραίτητος για τη μέθοδο που χρησιμοποιείται για την ανίχνευση ακτίνων Χ. Πίστωση: NASA/JPL-Caltech

Τις περισσότερες φορές, και οι δύο κώνοι SS 433 δείχνουν πολύ μακριά από το έδαφος. Αλλά λόγω του τρόπου προώθησης του SS 433, ένας από τους κώνους κλίνει περιοδικά ελαφρώς προς τη Γη, έτσι ώστε οι επιστήμονες να μπορούν να δουν λίγο φως ακτίνων Χ να αναδύεται από την κορυφή του κώνου. Στη νέα μελέτη, οι επιστήμονες εξέτασαν πώς οι ακτίνες Χ που είδαν οι Neustar άλλαξαν καθώς κινήθηκε το SS 433. Έδειξαν ότι αν ο κώνος συνεχίσει να γέρνει προς τη Γη, έτσι ώστε οι επιστήμονες να μπορούν να κοιτάξουν προς τα κάτω, θα βλέπουν αρκετό φως ακτίνων Χ για επίσημη επικοινωνία με το SS 433 a ULX.

Οι μαύρες τρύπες που τρέφονται με εξαιρετικούς ρυθμούς έχουν διαμορφώσει την ιστορία του σύμπαντος. Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, με μάζα εκατομμυρίων έως δισεκατομμυρίων φορές τη μάζα του Sunλιου, μπορούν να επηρεάσουν βαθιά τον γαλαξία -ξενιστή τους καθώς τρέφονται. Στις αρχές της ιστορίας του σύμπαντος, μερικές από αυτές τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες πιθανότατα τροφοδότησαν το SS 433, απελευθερώνοντας τεράστιες ποσότητες ακτινοβολίας που αναμόρφωσαν το τοπικό περιβάλλον. Οι εκροές (όπως οι κώνοι στο SS 433) αναδιανέμουν ύλη που θα μπορούσε τελικά να σχηματίσει αστέρια και άλλα πράγματα.

Επειδή όμως αυτοί οι γίγαντες που καταναλώνουν γρήγορα βρίσκονται σε απίστευτα μακρινούς γαλαξίες (αυτοί που βρίσκονται στην καρδιά του Γαλαξία δεν τρώνε πολύ αυτή τη στιγμή), είναι ακόμα δύσκολο να μελετηθούν. Με το SS 433, οι επιστήμονες βρήκαν έναν μικρόκοσμο αυτής της διαδικασίας, πολύ πιο κοντά στο σπίτι και πολύ πιο εύκολο να μελετήσουν, και το NuSTAR παρείχε νέες γνώσεις για τη δραστηριότητα που λαμβάνει χώρα εκεί.

“Όταν ξεκινήσαμε το NuSTAR, δεν νομίζω ότι κανείς περίμενε ότι τα ULX θα ήταν ένας τόσο πλούσιος τομέας έρευνας για εμάς”, δήλωσε η Fiona Harrison, κύρια ερευνήτρια για το NuSTAR και καθηγήτρια φυσικής στο California Institute of Technology in Pasadena, California Ε “Αλλά το NuSTAR είναι μοναδικό στο ότι μπορεί να δει σχεδόν όλο το εύρος των μηκών κύματος ακτίνων Χ που εκπέμπονται από αυτά τα αντικείμενα, και αυτό μας δίνει εικόνα για τις ακραίες διαδικασίες που πρέπει να οδηγούν.”

Αναφορά: “NuSTAR Reveals the Hidden Nature of SS433” By MJ Middleton, DJ Walton, W Alston, T Dauser, S Eikenberry, YF Jiang, AC Fabian, F Fuerst, M Brightman, H Marshall, M Parker, C Pinto, F.A. Harrison , M Bachetti, D Altamirano, AJ Bird, G Perez, J Miller-Jones, P Charles, S Boggs, F Christensen, W Craig, K Forster, B Grefenstette, C Hailey, K Madsen, D Stern and W Zhang, 6 Μαΐου 2021, Μηνιαίες ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής ΕταιρείαςΕ
DOI: 10.1093/mnras/stab1280

Περισσότερα για την αποστολή

Το NuSTAR είναι μια μικρή αποστολή εξερευνητών με επικεφαλής το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια και λειτουργεί από το Jet Propulsion Laboratory της NASA, τμήμα του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας, για τη Διεύθυνση Επιστημονικής Αποστολής του οργανισμού στην Ουάσιγκτον. Το NuSTAR αναπτύχθηκε σε συνεργασία με το Δανικό Τεχνικό Πανεπιστήμιο και την Ιταλική Διαστημική Υπηρεσία (ASI). Το διαστημόπλοιο κατασκευάστηκε από την Orbital Sciences Corporation στο Ντάλας της Βιρτζίνια (τώρα μέρος του Northrop Grumman). Το κέντρο επιχειρήσεων αποστολής NuSTAR βρίσκεται στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Μπέρκλεϋ, το επίσημο αρχείο δεδομένων βρίσκεται στο Κέντρο Ερευνών Αρχείου NASA NASA High Energy Astrophysical Science Archive. Το ASI παρέχει τον επίγειο σταθμό αποστολής και ένα κατοπτρικό αρχείο.