Несподіване відкриття: розкрито секрет космічного вітру, який впливає на нашу галактику

За допомогою космічного телескопа XRISM астрономи виявили несподівану відмінність між потужними вітрами, що виходять з диска пульсара, і вітрами, що виходять з речовини, що обертається навколо надмасивних чорних дір. Напрочуд щільний вітер, що виходить із диска нейтронної зірки, кидає виклик розумінню того, як такі вітри формуються і викликають зміни у своєму оточенні. Дослідження опубліковано в журналі Nature, пише Phys.

Нейтронні зірки — що це?

Нейтронні зірки — це одні з найщільніших об'єктів у Всесвіті, що мають екстремальні фізичні умови. Ці зірки являють собою залишки померлих звичайних масивних зірок і складаються майже повністю з нейтронів. Деякі нейтронні зірки обертаються дуже швидко навколо своєї осі і випускають періодичне випромінювання, тобто пульсують. Це пульсари.

Астрономи вивчили пульсар під назвою GX 13+1, який розташований у Чумацькому Шляху на відстані 23 000 світлових років від нас. Насправді це подвійна система, що складається з пульсара, а також масивної звичайної зірки.

Космічний вітер — що це?

Як і чорні діри пульсари оточені акреційним диском, наповненим гарячою речовиною, яка падає на нейтронну зірку. З диска виходить потужне рентгенівське випромінювання. Водночас пульсари, як і чорні діри, викидають з акреційних дисків речовину і ці космічні вітри впливають на навколишнє середовище та перетворюють його. Їх також видно в рентгенівському діапазоні.

Космічні вітри можуть викликати стиснення газових хмар, що призводить до утворення нових зірок. Але вони ж можуть розривати на частини ці хмари, що зупиняє появу нових зірок у галактиці. Космічний вітер центральної надмасивної чорної діри може контролювати ріст усієї її рідної галактики.

Оскільки механізми, що створюють вітри надмасивних чорних дір, можуть бути такими самими, як і ті, що діють навколо пульсарів, астрономи вирішили вивчити GX13+1, оскільки він розташований ближче і має яскравіший вигляд у рентгенівському діапазоні, ніж більшість надмасивних чорних дір.

Сюрприз для астрономів

Під час спостереження на астрономів чекав сюрприз. За кілька днів до початку спостережень пульсар GX13+1 несподівано став яскравішим, досягнувши або навіть перевищивши теоретичну межу, відому як межа Еддінгтона.

Принцип, що лежить в основі цієї межі, полягає в тому, що чим більше речовини падає на компактний об'єкт, такий як чорна діра або нейтронна зірка, тим більше енергії виділяється. Що швидше виділяється енергія, то більший тиск вона чинить на падаючу речовину, виштовхуючи її назад у космос. На межі Еддінгтона кількість випромінювання, що випускається, практично достатня для перетворення майже всієї речовини, що падає, на космічний вітер. І телескоп XRISM спостерігав за GX13+1 у момент цієї вражаючої події.

Астрономи виявили, що пульсар створив щільніший космічний вітер, ніж очікувалося. І швидкість його руху також виявилася несподіваною — близько 1 мільйона км/год. Хоча це може здатися високою швидкістю, але вітри, які спостерігаються у надмасивних чорних дір, що досягають межі Еддінгтона, рухаються набагато швидше. Їхня швидкість становить понад 200 мільйонів км/год, а це приблизно 25% швидкості світла. Також вітер пульсара виявився більш гладким, ніж у чорних дір.

Астрономи вважають, що різниця зумовлена розміром і температурою аккреційних дисків, що оточують ці об'єкти. Диски навколо надмасивних чорних дір більші, ніж диски навколо пульсарів, і холодніші. Таким чином, типовим видом випромінювання, що випускається аккреційним диском надмасивної чорної діри, є ультрафіолетове випромінювання, яке несе менше енергії, ніж рентгенівське випромінювання, яке випускають аккреційні диски пульсарів.

Це відкриття має вирішальне значення для розуміння того, як пульсари і чорні діри впливають на своє локальне оточення і як це впливає на утворення нових зірок.

Як уже писав Фокус, у сусідній крихітній галактиці виявлено величезну чорну діру. В одній з найменших і тьмяних галактик-супутників Чумацького Шляху астрономи виявили надмасивну чорну діру, маса якої в 450 000 більша за масу Сонця. Це відкриття кидає виклик сучасним уявленням про карликові галактики, де не повинно бути таких величезних чорних дір.