Un sistem binar care conține o stea masivă și ceea ce este probabil o gaură neagră și care împreună sunt o sursă de raze X intense, s-a dovedit a fi un exemplu la scară mai mică al unora dintre cei mai luminoși quasari din univers.
Noile descoperiri, de la o echipă internațională care a folosit sonda spațială Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) a NASA, descriu modul în care un sistem binar cu raze X a localizat aproximativ 24.000 de ani lumina departe în nostru Calea Lactee își amplifică emisia de raze X într-o cavitate în formă de pâlnie care înconjoară probabilitatea gaură neagră.
Sistemul, Cygnus X-3, a fost descoperit la începutul anilor 1970, când telescoapele radio au observat jeturi puternice care iradiau din el la aproape viteza luminii. Emisia radio de la aceste jeturi durează câteva zile, înainte de a se opri, pentru a se reporni mai târziu.
Originea avioanelor era, la acea vreme, misterioasă. Sistemul a fost descris ca un „puzzle astronomic”, nefiind ajutat de faptul că nici măcar nu putem vedea Cygnus X-3 în lumină vizibilă; este blocat de praful gros din planul galaxiei noastre. În anii 1970, radioastronomii de la observatoarele din întreaga lume s-au coordonat prin telefon pentru a încerca să prindă Cygnus X-3 în momentul pornirii sau opririi.
De-a lungul anilor, observații suplimentare la lungimi de undă radio, infraroșu și raze X au permis astronomilor să descopere că Cygnus X-3 este un sistem binar cu raze X care implică transferul de materie între o stea masivă și un obiect compact care orbitează un centru comun. de gravitaţie. Obiectul compact este fie o stea neutronică, fie, mai probabil, o gaură neagră cu o masă de aproximativ cinci ori mai mare decât cea masa soarelui nostru. Steaua masivă este o stea Wolf-Rayet – o fază rară prin care trec stelele supergigant, în care radiază vânturi stelare puternice care încep să ridice bucăți mari din învelișul lor exterior în spaţiu. Este materialul suflat de vânt de la această stea Wolf-Rayet care alimentează un disc de acreție care se învârte în spirală în jurul obiectului compact.
Cu toate acestea, luminozitatea lui Cygnus X-3 este greu de credibilă. Fluxul de materie pe un obiect compact precum o gaură neagră este controlat de o proprietate cunoscută sub numele de Limita Eddington. Dacă rata de acumulare este suficient de mare, discul de acumulare devine un blocaj – materia ajunge să se susțină, discul devine atât de dens și atât de fierbinte încât cantitatea de radiație care se revarsă poate opri fluxul de material proaspăt. În acest fel, găurile negre își pot regla propria creștere, iar o parte din material este scuipat înapoi în jeturile care emit radio.
Cu toate acestea, unii dintre cei mai luminoși quasari – galaxii cu găuri negre supermasive extrem de active în inimile lor – par să spargă Limita Eddington, prin faptul că luminozitatea lor este extrem de ridicată, dar încă par să acumuleze materie. Și Cygnus X-3 pare să se încadreze în această categorie, deși la o scară mai mică.
Acum, o echipă condusă de Alexandra Veledina de la Universitatea din Turku din Finlanda a folosit IXPE pentru a măsura gradul de polarizare în lumina cu raze X care vine de la Cygnus X-3. Ei au descoperit că cantitatea de polarizare este suficient de mare încât poate fi explicată doar prin razele X care se împrăștie în interiorul unei cavități în formă de pâlnie din inima discului de acreție.
„Am descoperit că obiectul compact este înconjurat de un plic dintr-o materie densă, opac”, a spus Veledina într-un afirmație. „Lumina pe care o observăm este o reflecție de pe pereții interiori pâlnii formați de gazul din jur, asemănătoare cu o ceașcă cu o oglindă în interior.”
Un plic opac care este ridicat de o cavitate în formă de pâlnie este tipic pentru quasari care sunt descriși ca „ULX” – surse de raze X ultra-luminoase. Scara de amplificare ca urmare a împrăștierii razelor X din interiorul cavității pâlniei este, de asemenea, analogă cu ULX-urilor.
„ULX-urile sunt de obicei observate ca pete luminoase în imaginile galaxiilor îndepărtate, cu emisiile lor amplificate de efectele de focalizare ale pâlniei din jurul obiectului compact, acționând asemănător unui megafon”, a spus membrul echipei de studiu Juri Poutanen de la Universitatea din Turku. „Cu toate acestea, din cauza distanțelor mari până la aceste surse… ele par relativ slabe la telescoapele cu raze X”.
Învățarea despre ULX în quasari s-a dovedit, prin urmare, dificilă, dar astronomii pot folosi acum Cygnus X-3 mult mai apropiat ca model pentru a înțelege mai bine acele ULX îndepărtate.
„Descoperirea noastră a dezvăluit acum o contraparte strălucitoare a acestor ULX-uri îndepărtate care locuiesc în propria noastră galaxie”, a spus Poutanen.
Izbucnirile lui Cygnus X-3 sunt intermitente datorită orbitei eliptice a stelei Wolf-Rayet în jurul obiectului compact, ceea ce înseamnă că uneori acesta este mai aproape și mai mult material în vânt cade pe probabila gaură neagră. IXPE a putut vedea că atunci când Cygnus X-3 se află în faza sa ULX – când cantitatea de material care intră la maxim – gradul de polarizare ajunge la 24,9%, dar când sistemul este mai puțin activ, polarizarea scade la 10,4% . Acest lucru sugerează că structura pâlniei se modifică ca răspuns la cantități mai mari sau mai mici de acumulare. Dacă rata de acumulare scade prea mică, pâlnia se poate prăbuși complet, doar pentru a se reconstrui atunci când acreția se va relua, prezice echipa Veledinei.
Echipa plănuiește acum observații suplimentare pentru a încerca să surprindă producerea acestui colaps, care ar fi semnalat prin scăderea polarizării la aproape zero, indicând faptul că emisia de raze X provine direct de la gazul fierbinte de pe suprafața discului de acumulare și nu indirect. prin împrăștiere în interiorul pâlniei.
Descoperirile au fost publicate pe 21 iunie în jurnal Astronomia naturii.
Postat inițial pe Space.com.