Рентгеновские наблюдения близлежащих галактик выявили эти исключительно яркие источники в неядерных позициях, которые излучают примерно в миллион раз большую мощность, чем Солнце. Происхождение ULX долгое время было предметом жарких споров. Основная идея состоит в том, что ULX — это тесная двойная система, состоящая из черной дыры и звезды.
Когда вещество звезды падает на черную дыру, вокруг нее образуется аккреционный диск. Когда гравитационная энергия материала высвобождается, самая внутренняя часть диска нагревается до температуры выше 10 миллионов градусов, что заставляет его излучать сильные рентгеновские лучи.
Нерешенный ключевой вопрос об этих объектах: какова масса черной дыры в этих ярких объектах? ULX обычно более чем в сто раз ярче, чем известные двойные черные дыры в Млечном Пути, масса черных дыр которых не более чем в 20 раз превышает массу Солнца.Для объяснения этих объектов предлагаются два различных сценария черных дыр: (1) они содержат очень «большие» черные дыры, которые могут быть более чем в тысячу раз массивнее Солнца (Примечание 1), или (2) они относительно малы. черные дыры, «маленькие монстры» с массой не более чем в сто раз больше Солнца, светимость которых превышает теоретические пределы стандартной аккреции (называемой «сверхкритической (или суперэддингтонской) аккрецией», Примечание 2). Ожидается, что такая сверхкритическая аккреция вызовет мощный отток в виде плотного дискового ветра.
Чтобы понять, какой сценарий объясняет наблюдаемые ULX, исследователи наблюдали четыре объекта: Holmberg II X-1, Holmberg IX X-1, NGC 4559 X-7, NGC 5204 X-1, и сняли высококачественные спектры с помощью инструмента FOCAS на телескопе Subaru. на четыре ночи. Изображение показывает оптическое многоцветное изображение в направлении Holmberg II X-1, наблюдаемое с помощью космического телескопа Хаббла. Объект X-1, обозначенный стрелкой, окружен туманностью (окрашенной в красный цвет), которая, скорее всего, является газом, нагретым сильным излучением ULX.
Команда обнаружила заметную особенность в оптических спектрах всех наблюдаемых ULX. Это широкая линия излучения ионов гелия, которая указывает на присутствие в системе газа, нагретого до температур в несколько десятков тысяч градусов. Кроме того, они обнаружили, что ширина линии водорода, испускаемого более холодным газом (с температурой около 10 000 К), шире линии гелия. Ширина спектральной линии отражает дисперсию скоростей газа и проявляется из-за эффекта Доплера, вызванного распределением скоростей молекул газа.
Эти результаты предполагают, что газ должен ускоряться наружу как ветер либо от диска, либо от звезды-компаньона, и что он остывает, когда улетает.Далекие ULX и аналогичный таинственный объект в Млечном Пути
Активность этих ULX в далеких галактиках очень похожа на таинственный объект в нашем собственном Млечном Пути. Команда заметила, что те же линейные особенности наблюдаются в SS 433, тесной двойной системе, состоящей из звезды A-типа и, скорее всего, черной дыры с массой менее чем в 10 раз больше Солнца. SS 433 славится устойчивыми струями, скорость которых в 0,26 раза превышает скорость света.
Это единственная подтвержденная система, которая демонстрирует сверхкритическую аккрецию (то есть чрезмерную аккрецию, которая приводит к очень мощному оттоку). Напротив, такие особенности не наблюдались в "обычных" рентгеновских двойных системах с черными дырами в Млечном Пути, где имеет место докритическая аккреция.После тщательного изучения нескольких возможностей команда пришла к выводу, что огромное количество газа быстро падает на «маленькие монстры» черные дыры в каждой из этих ULX, что создает плотный дисковый ветер, уходящий от сверхкритического аккреционного диска.
Они предполагают, что «истинные» ULX со светимостью примерно в миллион раз больше, чем у Солнца, должны принадлежать к однородному классу объектов, а SS 433 — это крайний случай такой же популяции. В них, хотя черная дыра и мала, испускается очень яркое рентгеновское излучение, поскольку окружающий газ падает на диск с огромной скоростью.Если наблюдать за системой с вертикального направления, становится ясно, что центральная часть аккреционного диска излучает интенсивное рентгеновское излучение. Если бы SS 433 наблюдали в том же направлении, он был бы признан самым ярким источником рентгеновского излучения в Млечном Пути.
В действительности, поскольку мы смотрим на SS 433 почти вдоль плоскости диска, наш прямой вид на внутренний диск блокируется внешним диском. Предполагается, что скорость аккреции в SS 433 намного выше, чем в ULX, что может объяснить наличие постоянных джетов в SS 433.Такая «сверхкритическая аккреция» считается возможным механизмом образования сверхмассивных черных дыр в центрах галактик за очень короткие периоды времени (которые наблюдаются очень рано в космическом времени). Обнаружение этих явлений в соседней Вселенной существенно повлияло на наше понимание того, как образуются сверхмассивные черные дыры и как на них быстро падает материя.
Остается еще несколько вопросов: каковы типичные диапазоны масс черных дыр в ULX? В каких условиях могут возникать устойчивые барионные струи, наблюдаемые в SS 433?
Доктор Йошихиро Уэда, один из основных членов команды, выражает энтузиазм в отношении будущих исследований в этой области. «Мы хотели бы решить эти нерешенные проблемы, используя новые рентгеновские наблюдения с помощью ASTRO-H, которые планируется запустить в начале следующего года, и более чувствительные будущие рентгеновские спутники вместе с многоволновыми наблюдениями ULX и SS. 433 ", — сказал он.Примечания:
1. Обычно черные дыры с массой примерно в 100–100 000 раз больше массы Солнца, называются «черными дырами промежуточной массы», хотя строгого определения диапазона масс нет.2. В сферически-симметричном случае вещество не может упасть на центральный объект, когда радиационное давление превышает силу тяжести. Эта светимость называется пределом Эддингтона, который пропорционален массе центрального объекта.
Когда происходит аккреция вещества со скоростью, превышающей скорость, соответствующую пределу Эддингтона, это называется «сверхкритической (или суперэддингтонской) аккрецией». В случае несферической геометрии, такой как дисковая аккреция, может произойти сверхкритическая аккреция.