Mikrokwazar XTE J 1550-564 gra w ping-ponga

30 kwietnia 20003, NASA opublikowała, na portalu teleskopu Chandra, stronę zadedykowaną mikrokwazarowi XTEJ1550-564.

Źródło: Obserwatorium Chandra

Komentarz towarzyszący jest w najwyższym stopniu interesujący.

Seria zdjęć z Chandra pozwala naukowcom śledzić ewolucję wielkich dżetów rentgenowskich, wytwarzanych przez czarną dziurę w podwójnych układzie gwiazdowym. Jak pokazuje schemat, materia gazowa wyciągana ze zwykłej gwiazdy formuje dysk wokół czarnej dziury. Gaz nagrzewa się do temperatury milionów stopni, a intensywne siły elektromagnetyczne w dysku mogą mogą wyrzucić strugę wysoko energetycznych cząstek.

Wybuch promieni rentgenowskich ze źródła, XTE J1550-564, został zarejestrowany przez należący do NASA Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) w 1998 roku. Dalsze obserwacje przy pomocy Chandra i radioteleskopów pozwoliły wykryć pierwszy dżet (z lewej), a następnie kolejny (z prawej), złożony z wysoko energetycznych cząstek, oddalających się od czarnej dziury z około połową prędkości światła. Cztery lata po wybuchu oba dżety przesunęły się przeszło 3 lata świetlne, a lewy dżet zwalniał i zanikał.

Obserwacje wskazują, że dżet po lewej porusza się wzdłuż linii nachylonej w stronę Ziemi, podczas, gdy prawy dżet nachylony jest przeciwnie. Tłumaczyłoby to, dlaczego lewy dżet zdawał się poruszać dalej od czarnej dziury niż dżet po prawej, oraz dlaczego zanikł pierwszy. Aczkolwiek, biorąc pod uwagę takie ułożenie, trudno jest zrozumieć względną różnicę w jasności prawego dżetu, ponieważ oddala się on i powinien być ciemniejszy, niż wygląda. Jednym z wyjaśnień jest zanurzanie się go w gęsty obłok gazu. Opór gazu spowolniłby dżet, i spowodował falę uderzeniową dostarczającą energii elektronom, powodując ich świecenie. Obserwowany kometarny kształt prawego dżetu wskazuje, iż faktycznie oddziałuje on z gazem międzygwiezdnym.

Wyrzucenie dżetów przez gwiazdową czarną dziurę i supermasywną czarną dziurę jest częstym zjawiskiem we Wszechświecie, i okazuje się być jednym z przekazywania przez czarne dziury energii do otoczenia. Chociaż przyjmuje się, że wszystkie dżety spowalnia opór gazu, przez który się poruszają, dla dżetów z supermasywnych czarnych dziur może to trwać miliony lat.

Dżety XTE J1550 są pierwszymi, które uchwycono w trakcie spowalniania. Podczas czterech lat astronomowie obserwowali proces, który w przypadku supermasywnych czarnych dziur może trwać nawet miliony lat. Podkreśla to wartość badań nad czarnymi dziurami w naszej galaktyce, takimi, jak XTE J1550.

Przyjrzyjmy się temu bliżej.

Il. 1.

Mikrokwazar XTE 1550-564 (źródło: Chandra)

Obserwacje pokazują, że proces przebiegał w trzech głównych etapach:

  1. Supernowa (?) w centrum 22 września 1998 roku.
  2. Fala uderzeniowa niewidocznego dżetu z lewej, 9 czerwca 2000 roku.
  3. Fala uderzeniowa niewidocznego dżetu z prawej, 11 marca 2002 roku.

Całkowity czas: 42 miesiące.

Il. 2.

Obserwacje wykonane przez Chandra z trudem łączą się z teorią o polarnych dżetach, którą proponują teoretycy (patrz: obrazek). Oczywisty problem, jasność prawego dżetu, został jasno wyrażony na stronie Chandra. Jasność ta nie zgadza się z prędkością (0,5 c), oraz zakładaną jego orientacją przestrzenną.

W rzeczy samej dżet ten miał się pojawić jako drugi, skoro się od nas oddala. Teraz, rozważając prawa fizyki, powinien być mniej jasny

Il. 3.

Wyjaśnienie zaproponowane przez NASA (Chandra) należy oczywiście do możliwych. Pozostaje jednak bardzo hipotetyczne. Należałoby założyć, że mikrokwazar (czarna dziura?) wyrzucił symetrycznie dwa dżety plazmy w absolutnej próżni. Plazma ta napotkałaby, w różnej odległości, gaz o względnie dużej gęstości, który zjonizowała. Przerwa czasowa, spowodowana [ograniczoną] prędkością światła byłaby wówczas powiązana z kątowym nachyleniem osi rozchodzenia się dżetów (patrz: animacja powyżej). Ale wówczas…

Pytania i obiekcje

  1. Dlaczego lewy dżet uległ rozmazaniu przed pojawieniem się prawego?
  2. Dlaczego nie ma czasoprzestrzennej symetrii pomiędzy nimi?
  3. Nic nie pozwala wykluczyć, że wkrótce z kolei prawy dżet zaniknie, co kwestionowałoby teorię o ciągłych dżetach.

Pulsar Krab. Obróbka cyfrowa: B. Lempel

M 81. Obróbka cyfrowa: B. Lempel.

Wiatr słoneczny.

Naprzemienny okresowy dżet.

Istnieją inne hipotezy, odrobinę siarkawe, ale logiczne, oparte na przykładach otrzymanych z obserwacji i obróbki zdjęć:

  1. Pulsar Kraba.
  2. Jądro M81.
  3. Wiatr słoneczny oraz Ziemia.

Mikrokwazar mógłby być w rzeczywistości układem podwójnym, w którym oba obiekty obiegają się po bardzo wydłużonych orbitach. Ich trajektorie w sposób bardzo naturalny powodowałyby okresowe ustawianie się w dwóch symetrycznych pozycjach przy największym zbliżeniu. To w tych ustawieniach powinien powstawać dżet, w płaszczyźnie orbitalnej obu gwiazd, a nie w biegunowej osi kwazara. Wyjaśnienie powstawania dżetów jest do znalezienia w zjawiskach magnetohydrodynamicznych. Cząstki (wiatr gwiazdowy) wystrzelone z gwiazd byłyby skupiane i przyspieszane ku drugiej gwieździe. Omijałyby jej magnetosferę i były wyrzucane na zewnątrz jako dżet (model taki jak w przypadku oddziaływania wiatru słonecznego z ziemską magnetosferą).

Zatem okres wzbudzenia obu obiektów, wchodzących w skład XTE J 1550 byłby większy niż 42 miesiące, czyli ponad 7 lat ziemskich.

Wnioski

  1. Jeże;i orbity na prawdę są bardziej lub mniej wydłużonymi elipsami, wówczas możemy się spodziewać ponawiania się sekwencji zdarzeń ale z względnie z raczej długą przerwą pomiędzy.
  2. A jeżeli orbity są hiperbolami (wyrzucenie obiektu towarzyszącego), wówczas zaobserwowana sekwencja nigdy się nie ponowi.
  3. Jeśli późniejsze obserwacje potwierdzą to przypuszczenie, to…
  4. Już się stało. Potwierdzenie nadeszło z ESA.

Literatura

Poniższe dokumenty mogą być pobrane i skonsultowane na HEXTE Publications.

  1. AAJ – 563:229 » 238, 2001 Dec 10 – X-RAY observations of XTE J1550 564 during the decay of the 2000 Outburst. I. CHANDRA and RXTE Energy Spectra. – J.A. Tomsick, S. Corbel and P. Kaaret.
  2. arXiv:astro-ph/0105115 v1 7 May 2001- Multiwavelength Observations of the Black Hole Candidate XTE J1550-564 during the 2000 Outburst. Raj K. Jain et al.
  3. A.J, 554:43»48, 2001 June 10 – X-Ray States and Radio Emission in the Black Hole Candidate XTE J1550-564. S. Corbel et al.

Inne dokumenty:

  1. Jets et Systèmes binaires – Bernard Lempel. L’Astronomie Vol 117-Sept 03. SAF. (PDF=1,6 MB)
  2. To samo, Jets and binary Systems – B. Lempel, ale przetłumaczone z francuskiego [na angielski]) (PDF, 588 KB)
  3. Le pulsar du Crabe, Faits et Contradictions. (francuski) Nowe
  4. „Deep impact” of pulsar around companion star (ESA – 28 lutego 2006) Nowe
  5. TeV gamma rays from the Binary Pulsar PSR B1259-63 (kwiecień 2005)
  6. http://xxx.lanl.gov/PS_cache/astro-ph/pdf/0506/0506280.pdf
  7. XMM-Newton observations of PSR B1259–63 near the 2004 periastron passage
  8. Cannibal stars like their food hot, XMM-Newton reveals (ESA marzec 2006)

Autor: Bernard Lempel

Przetłumaczono z: The Micro Quasar XTE J 1550-564 plays ping-pong

Przetłumaczył: Łukasz Buczyński

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.