Ультраяркие источники рентгеновского излучения действительно настолько яркие
На крайнем рубеже астрофизики существуют всевозможные явления, которые кажутся противоречащими интуиции. Например, как объект может стать еще ярче? Долгое время считалось, что этот предел, известный как предел Эддингтона, является верхней границей того, насколько ярким может быть объект, и напрямую коррелирует с его массой. Но наблюдения показали, что некоторые объекты даже ярче, чем этот теоретический предел, и теперь данные, собранные ядерным спектроскопическим телескопом НАСА (NuSTAR), подтверждают, что эти объекты действительно преодолевают предел Эддингтона. Но почему?
Простой ответ — магнитные поля. Или, по крайней мере, это наиболее вероятный ответ. К сожалению, единственный способ проверить этот ответ — наблюдать астрономические объекты, поскольку магнитные поля вокруг этих сверхъярких рентгеновских источников (ULX) в миллиарды раз сильнее, чем все, что мы можем создать на Земле.
К счастью, Вселенная очень обширна, поэтому есть множество ULX, на которые можно посмотреть, чтобы определить, являются ли магнитные поля причиной, но сначала необходимо понять, что именно вызывает предел.
Любой, кто знаком с концепцией солнечного паруса, понимает, что фотоны могут оказывать давление при столкновении с объектом. Это может быть не очень большое давление, но, по крайней мере, некоторое. Когда ULX приближаются к более яркому концу спектра, они излучают так много фотонов, что давление этих фотонов должно оттолкнуть газ и пыль, которые являются источником этих фотонов, прекращая их подачу и тем самым затемняя объект.
Были предложены различные объяснения того, почему некоторые объекты могут казаться ярче. Одно из наиболее распространенных заключается в том, что многие ULX являются сильно направленными. В таких случаях «ветер» образует конусную структуру вокруг объекта-источника и гонит фотоны в определенном направлении. Если бы это направление было направлено на Землю, объект выглядел бы ярче, чем предел Эддингтона.
Однако новое исследование предлагает другое объяснение. В нем использовались данные NuSTAR об объекте, который в 2014 году был признан нейтронной звездой. Этот объект, M82 X-2, тем самым опроверг предыдущую теорию о том, что все ULX должны быть черными дырами. Нейтронные звезды немного менее массивны, чем черные дыры, но все же обладают огромным гравитационным притяжением, которое испаряет любые частицы в их окрестностях. Эти испарившиеся частицы и создают рентгеновскую энергию, которую обнаруживает NuSTAR.
M87 X-2 создает много этой энергии, и исследователи обнаружили, что это происходит потому, что она ежегодно крадет 9 миллиардов триллионов тонн материала у соседней звезды. Это эквивалентно поглощению 1,5 Земли каждый год. Взяв за отправную точку этот перенос материала, исследователи рассчитали ожидаемую яркость M87 X-2 и нашли значение, согласующееся с наблюдениями. Это значение также превышает предел Эддингтона.
Это указывает на то, почему именно оно выше. В случае с M87 X-2 данные подтверждают теорию, согласно которой сами атомы, поглощаемые нейтронной звездой, под действием экстремальных магнитных полей приобретают форму, почти как струны, вместо своей обычной сферической конфигурации. Это делает их более сложными для отталкивания фотонов, тем самым позволяя большей массе скопиться на звезде и продолжать производить фотоны в огромных масштабах.
Для проверки теории необходимы дальнейшие наблюдения за M87 X-2 и другими ULX. Несомненно, будет получено еще много таких данных, так как NuSTAR и другие рентгеновские обсерватории продолжают свою работу.
