Гіперм’які джерела рентгену виявилися надяскравими об’єктами

Що таке гіперм’які джерела рентгену

Рентгенівське випромінювання — це найенергійніші фотони в космосі, зазвичай від кількох сотень до кількох тисяч електронвольт (еВ). Трохи нижче за енергією розташовується діапазон екстремального ультрафіолету (Extreme UV, EUV) — від 13,6 до 124 еВ. Об’єкти, що світять у EUV, важко виявляти напряму: нейтральний водень і гелій у міжзоряному та міжгалактичному середовищі дуже ефективно поглинають такі фотони.

Якщо ж об’єкт надзвичайно яскравий у EUV, його спектр тягнеться «хвостом» у найнижчі енергії рентгенівського діапазону — так звані «м’які» або ще більш крайні «гіперм’які» X-промені. Саме такі хвости й шукала команда в даних Chandra.

Автори ввели чітке визначення HSS. Ці джерела:

• мають бути видимими в діапазоні приблизно 150–300 еВ;
• майже не випромінювати вище цієї енергії;
• спричиняти щонайменше 8 м’яких рентгенівських фотонів на кожен «жорсткий» фотон високої енергії.

Під ці критерії й потрапила нова популяція — десятки надяскравих, але дуже низькоенергетичних X-джерел у сусідніх галактиках.

Чому їх пропустили раніше

Виникає очевидне питання: якщо ці джерела такі яскраві, чому їх не помічали протягом більш як 20 років роботи Chandra? Відповідь пов’язана з тим, як астрономи обробляють дані.

Один із найскладніших етапів аналізу — калібрування, тобто налаштування приладу на коректний облік слабких сигналів. Для низькоенергетичних рентгенівських фотонів (менше 300 еВ) це особливо важко, тому багато груп просто відсікають усі події нижче цієї межі, щоб позбутися шуму.

Ситуацію ускладнює й те, що сама Chandra з часом втратила чутливість у цьому діапазоні. Через дегазацію матеріалів телескопа холодні оптичні фільтри камери ACIS вкрилися тонким шаром забруднення, який додатково поглинає м’які X-промені. Використовуючи стабільне рентгенівське світіння скупчення галактик Абель 1795 як еталон, автори показали: до 2017 року чутливість телескопа в цій енергетичній смузі впала до менш ніж 20% від початкової.

Тому для пошуку HSS команда свідомо обмежилася спостереженнями, отриманими до цього різкого падіння чутливості, і застосувала власні критерії відбору саме в низькоенергетичному діапазоні, який більшість попередніх робіт ігнорувала.

Надяскраві, але «холодні» за енергією

Розрахунки показали, що тільки в м’якій рентгенівській смузі ці джерела випромінюють десятки або навіть сотні тисяч разів більше енергії, ніж Сонце у всьому спектрі. А якщо врахувати ще й приховану EUV-частину, що не доходить до Землі, їхня загальна світність стає ще вищою.

Щоб оцінити повний енергетичний вихід, астрономи застосували так звану болометричну поправку — метод, який дозволяє врахувати невидимі ділянки спектра. Найяскравіші HSS за сумарною потужністю наближаються до ультрапотужних рентгенівських джерел і входять до числа найяскравіших не вибухових об’єктів у галактиках без активних ядер або потужного спалаху зореутворення.

Можливі джерела такої потужності

За оцінками авторів, за HSS можуть стояти кілька різних типів астрофізичних об’єктів:

• Післяспалахова фаза нови на білому карлику. Для частини HSS у Андромеді виявлено збіг з відомими спалахами нових. Після того як білий карлик скидає зовнішні шари, термоядерне горіння водню поступово згасає, і зоря проходить коротку «гіперм’яку» стадію з домінуванням низькоенергетичних рентгенів.
• Білий карлик, що активно акретує речовину. Якщо він перетягує матерію з зорі-компаньйона, його фотосфера може роздуватися, а максимум випромінювання зміщується саме в EUV і гіперм’яку рентгенівську область.
• Чорні діри зоряної або проміжної маси. Для найенергійніших HSS ймовірним джерелом може бути чорна діра з відносно «холодним» (низькотемпературним) акреційним диском, що випромінює потужний потік у м’яких X-променях.

Отже, HSS — це, найімовірніше, не один тип об’єкта, а ціле «збірне» сімейство надяскравих джерел, об’єднаних схожим спектральним підписом.

Як HSS можуть розв’язати дві космічні загадки

Автори роботи припускають, що гіперм’які джерела можуть допомогти розібратися одразу з двома давніми проблемами астрофізики.

Перша — походження наднових типу Ia. Ці вибухи слугують «стандартними свічками» для вимірювання відстаней у Всесвіті, але точна природа їхніх попередників досі неясна. Теоретично мало б існувати значне число м’яких рентгенівських зір — кандидатів у такі попередники, але попередні огляди не знаходили необхідної кількості. Нова робота натякає, що частина цих об’єктів може бути «захована» серед HSS та джерел, які світять переважно в EUV.

Друга загадка стосується іонізації міжзоряного гелію. Спостереження показують, що гелій у міжзоряному середовищі отримує більше енергії, ніж можна пояснити типовими зорями, які вважаються головними джерелами жорсткого випромінювання. Якщо HSS мають максимум енергії в діапазоні приблизно 15–25 еВ — саме там, де гелій особливо ефективно поглинає фотони, — вони могли б забезпечити нестачаючу потужність.

Поки що це гіпотеза, і для її перевірки знадобляться нові спостереження та моделювання. Однак уже зараз видно, що аналіз давно зібраних даних під новим кутом може відкрити цілий клас об’єктів, які буквально «ховалися на видноті».

Найімовірніше, наступне покоління рентгенівських обсерваторій дасть змогу краще роздивитися ці гіперм’які джерела та з’ясувати їхню природу. Але навіть до появи нових телескопів архів Chandra залишається багатим полем для відкриттів, якщо придивитися уважніше саме до найнижчих енергій у його даних.

Гіперм’які джерела рентгену виявилися надяскравими об’єктами з’явилася спочатку на Цікавості.

cikavosti.com