|
Внутренняя область системы белых карликов
|
|
|
|
Примерно в 200 световых годах от Земли ядро мертвой звезды вращается вокруг более крупной звезды в жутком космическом танце. Мертвая звезда - это тип белого карлика, который создает мощное магнитное поле, притягивающее вещество от более крупной звезды к вращающемуся аккрецирующему диску.
|
|
|
|
Спиральная пара представляет собой так называемую "промежуточную полярную" звездную систему, которая испускает сложную структуру интенсивного излучения, включая рентгеновские лучи, когда газ от более крупной звезды попадает на другую.
|
|
|
|
Теперь астрономы Массачусетского технологического института использовали рентгеновский телескоп в космосе, чтобы определить ключевые особенности самой внутренней области системы - чрезвычайно энергичной среды, которая до сих пор была недоступна большинству телескопов.
|
|
|
|
В исследовании, опубликованном в открытом доступе в Astrophysical Journal, команда ученых сообщает, что использовала рентгеновскую поляриметрию NASA Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) для наблюдения промежуточного полюса, известного как EX Hydrae.
|
|
|
|
Команда обнаружила удивительно высокую степень поляризации рентгеновских лучей, которая описывает направление электрического поля рентгеновской волны, а также неожиданное направление поляризации рентгеновских лучей, исходящих из ЭКС-Гидры. Основываясь на этих измерениях, исследователи проследили направление рентгеновских лучей до их источника в самой внутренней области системы, расположенной близко к поверхности белого карлика.
|
|
|
|
|
|
|
Более того, они определили, что рентгеновские лучи системы испускались столбом раскаленного добела вещества, которое белый карлик притягивал к себе от своей звезды-компаньона.
|
|
|
|
По их оценкам, высота этого столба составляет около 2000 миль — примерно половина радиуса самого белого карлика и намного больше, чем предсказывали физики для такой системы. Они также определили, что рентгеновские лучи отражаются от поверхности белого карлика, прежде чем рассеяться в космосе - эффект, о котором физики подозревали, но который до сих пор не был подтвержден.
|
|
|
|
Результаты работы команды демонстрируют, что рентгеновская поляриметрия может быть эффективным способом изучения экстремальных условий звездной среды, таких как наиболее энергетичные области аккрецирующего белого карлика.
|
|
|
|
"Мы показали, что рентгеновская поляриметрия может быть использована для проведения детальных измерений геометрии аккреции белого карлика", - говорит Шон Гандерсон, постдок Института астрофизики и космических исследований Кавли Массачусетского технологического института, который является ведущим автором исследования. "Это открывает окно в возможность проведения аналогичных измерений других типов аккрецирующих белых карликов, у которых также никогда не было предсказанных сигналов поляризации рентгеновского излучения".
|
|
|
|
Соавторами работы Гандерсона в Массачусетском технологическом институте Кавли являются аспирант Свати Рави и ученые-исследователи Герман Маршалл и Дэвид Хенемурдер, а также Дастин Рой из Университета Айовы, Ричард Игнас из Государственного университета Восточного Теннесси, Яэль Назе из Льежского университета и Прагати Прадхан из авиационного университета Эмбри Риддла.
|
|
Источник высокой энергии
|
|
|
|
Электрические и магнитные поля воздействуют на все формы света, включая рентгеновские лучи. Свет распространяется в виде волн, которые изгибаются под прямым углом к направлению распространения света.
|
|
|
|
Внешние электрические и магнитные поля могут направлять эти колебания в произвольных направлениях. Но когда свет взаимодействует с поверхностью и отражается от нее, он может стать поляризованным, что означает, что его колебания усиливаются в одном направлении. Таким образом, поляризованный свет может помочь ученым отследить источник света и различить некоторые детали его геометрии.
|
|
|
|
Космическая обсерватория IXPE - это первая миссия НАСА, предназначенная для изучения поляризованных рентгеновских лучей, испускаемых экстремальными астрофизическими объектами. Космический аппарат, запущенный в 2021 году, вращается вокруг Земли и регистрирует эти поляризованные рентгеновские лучи. С момента запуска он был в основном посвящен сверхновым, черным дырам и нейтронным звездам.
|
|
|
|
Новое исследование Массачусетского технологического института является первым, в котором IXPE используется для измерения поляризованных рентгеновских лучей от промежуточной полярности - системы меньшего размера по сравнению с черными дырами и сверхновыми, которая, тем не менее, известна как сильный излучатель рентгеновских лучей.
|
|
|
|
"Мы начали говорить о том, насколько сильной была бы поляризация, чтобы получить представление о том, что происходит в системах такого типа, которые большинство телескопов видят просто как точку в поле зрения", - говорит Маршалл.
|
|
|
|
Промежуточный полюс получил свое название из-за силы магнитного поля центрального белого карлика. Когда это поле сильное, вещество звезды-компаньона притягивается непосредственно к магнитным полюсам белого карлика. Когда поле очень слабое, звездный материал вместо этого вращается вокруг карлика в виде аккреционного диска, который в конечном итоге осаждает вещество непосредственно на поверхности карлика.
|
|
|
|
Физики предсказывают, что в случае промежуточного полюса вещество должно падать по сложной схеме, образуя аккреционный диск, который также притягивается к полюсам белого карлика.
|
|
|
|
Магнитное поле должно поднять диск из поступающего материала далеко вверх, подобно высокоэнергетическому фонтану, прежде чем звездный мусор упадет к магнитным полюсам белого карлика со скоростью миллионы миль в час, что астрономы называют "аккреционным занавесом".
|
|
|
|
Физики подозревают, что этот падающий материал должен наталкиваться на ранее поднятый материал, который все еще падает к полюсам, создавая своего рода газовую пробку. Это скопление вещества образует столб сталкивающегося газа температурой в десятки миллионов градусов по Фаренгейту, который должен испускать рентгеновские лучи высокой энергии.
|
|
|
|
Самый глубокий снимок
|
|
|
|
Измеряя любые поляризованные рентгеновские лучи, испускаемые EX Hydrae, команда стремилась проверить гипотезу физиков о промежуточных полярах. В январе 2025 года система IXPE выполнила в общей сложности около 600 000 секунд рентгеновских измерений, или около семи дней.
|
|
|
|
"Для каждого рентгеновского снимка, поступающего от источника, вы можете измерить направление поляризации", - объясняет Маршалл. "Вы собираете множество снимков, и все они под разными углами и направлениями, которые вы можете усреднить, чтобы получить предпочтительную степень и направление поляризации".
|
|
|
|
Их измерения показали 8%-ную степень поляризации, которая была намного выше, чем предсказывали ученые в соответствии с некоторыми теоретическими моделями. Таким образом, исследователи смогли подтвердить, что рентгеновские лучи действительно исходили из колонны системы, и что высота этой колонны составляет около 2000 миль.
|
|
|
|
"Если бы вы могли встать немного ближе к полюсу белого карлика, вы бы увидели столб газа, поднимающийся на 2000 миль в небо, а затем расходящийся веером", - говорит Гандерсон.
|
|
|
|
Команда также измерила направление поляризации рентгеновского излучения ЭКС-Гидры, которое, как они определили, было перпендикулярно столбу поступающего газа белого карлика. Это было признаком того, что рентгеновские лучи, испускаемые столбом, затем отражались от поверхности белого карлика, прежде чем отправиться в космос и в конечном итоге попасть в телескопы IXPE.
|
|
|
|
"Поляризация рентгеновских лучей полезна тем, что она дает представление о самой внутренней, наиболее энергичной части всей системы", - говорит Рави. "Когда мы смотрим в другие телескопы, мы не видим таких деталей".
|
|
|
|
Команда планирует применить поляризацию рентгеновских лучей для изучения других аккрецирующих систем белых карликов, что могло бы помочь ученым получить представление о гораздо более масштабных космических явлениях.
|
|
|
|
"Наступает момент, когда на белого карлика от звезды-компаньона падает так много материала, что белый карлик больше не может его удерживать, все это разрушается и образует своего рода сверхновую, которую можно наблюдать по всей Вселенной, что может быть использовано для определения размеров Вселенной". - Предлагает Маршалл.
|
|
|
|
"Таким образом, понимание этих систем белых карликов помогает ученым понять источники этих сверхновых и рассказывает вам об экологии галактики".
|
|
|
|
Источник
|