Shkencëtarët hartojnë erërat e forta në një sistem të largët yjor neutron

Një disk grumbullimi është një vorbull kolosale gazi dhe pluhuri që mblidhet rreth një vrime të zezë ose një ylli neutron si karamele pambuku ndërsa tërheq materialin nga një yll aty pranë. Ndërsa disku rrotullohet, ai nxit erëra të fuqishme që shtyjnë dhe tërheqin plazmën e përhapur dhe rrotulluese. Këto dalje masive mund të ndikojnë në rrethinat e vrimave të zeza duke ngrohur dhe larguar gazin dhe pluhurin rreth tyre.

Në shkallë të jashtëzakonshme, “erërat e diskut” mund të ofrojnë të dhëna se si vrimat e zeza supermasive formojnë galaktika të tëra. Astronomët kanë vëzhguar shenja të erërave të diskut në shumë sisteme, duke përfshirë grumbullimin e vrimave të zeza dhe yjeve neutron. Por deri më sot, ata kanë parë vetëm një pamje shumë të ngushtë të këtij fenomeni.

Tani, astronomët e MIT kanë vëzhguar një brez më të gjerë erërash, në Hercules X-1, një sistem në të cilin një yll neutron po largon materialin nga një yll i ngjashëm me diellin. Disku i grumbullimit të këtij ylli neutron është unik në atë që lëkundet, ose “preces”, ndërsa rrotullohet. Duke përfituar nga kjo lëkundje, astronomët kanë kapur perspektiva të ndryshme të diskut rrotullues dhe kanë krijuar një hartë dydimensionale të erërave të tij, për herë të parë.

Harta e re zbulon formën dhe strukturën vertikale të erës, si dhe shpejtësinë e saj – rreth qindra kilometra në sekondë, ose rreth një milion milje në orë, e cila është në skajin më të butë të asaj që disqet e grumbullimit mund të rrotullohen.

Nëse astronomët mund të dallojnë më shumë sisteme lëkundëse në të ardhmen, teknika e hartës së ekipit mund të ndihmojë në përcaktimin se si erërat e diskut ndikojnë në formimin dhe evolucionin e sistemeve yjore, madje edhe të galaktikave të tëra.

“Në të ardhmen, ne mund të hartojmë erërat e diskut në një sërë objektesh dhe të përcaktojmë se si ndryshojnë vetitë e erës, për shembull, me masën e një vrime të zezë ose me sa material është duke u grumbulluar,” thotë Peter Kosec, një postdoktor në Instituti Kavli i MIT për Astrofizikën dhe Kërkimet Hapësinore. “Kjo do të ndihmojë në përcaktimin se si vrimat e zeza dhe yjet neutron ndikojnë në universin tonë.”

Kosec është autori kryesor i studimit, i cili është publikuar në Nature Astronomy. Bashkautorët e tij në MIT përfshijnë Erin Kara, Daniele Rogantini dhe Claude Canizares, së bashku me bashkëpunëtorë nga institucione të shumta, duke përfshirë Institutin e Astronomisë në Kembrixh, U.K.

Erërat e diskut janë vërejtur më shpesh në binarët me rreze X – sisteme në të cilat një vrimë e zezë ose një yll neutron po tërheq material nga një objekt më pak i dendur dhe gjeneron një disk të bardhë të nxehtë të lëndës frymëzuese, së bashku me erën që rrjedh. Është e paqartë saktësisht se si lëshohen erërat nga këto sisteme. Disa teori sugjerojnë që fushat magnetike mund të copëtojnë diskun dhe të dëbojnë një pjesë të materialit nga jashtë si erë. Të tjerë sugjerojnë se rrezatimi i yllit neutron mund të ngrohë dhe të avullojë sipërfaqen e diskut në shpërthime të nxehta të bardha.

Të dhëna për origjinën e një ere mund të nxirren nga struktura e saj, por forma dhe shtrirja e erërave të diskut ka qenë e vështirë për t’u zgjidhur. Shumica e binarëve prodhojnë disqe grumbullimi që janë në formë relativisht të njëtrajtshme, si goma të hollë gazi që rrotullohen në një plan të vetëm. Astronomët që studiojnë këto disqe nga satelitë ose teleskopë të largët mund të vëzhgojnë efektet e erërave të diskut vetëm brenda një diapazoni fiks dhe të ngushtë, në krahasim me diskun e tyre rrotullues. Prandaj, çdo erë që astronomët arrijnë të zbulojnë është një copëz e vogël e strukturës së saj më të madhe.

“Ne mund të hetojmë veçoritë e erës vetëm në një pikë të vetme dhe jemi plotësisht të verbër ndaj gjithçkaje rreth asaj pike,” vëren Kosec.

Në vitin 2020, ai dhe kolegët e tij kuptuan se një sistem binar mund të ofronte një pamje më të gjerë të erërave të diskut. Hercules X-1 ka dalluar nga binarët më të njohur të rrezeve X për diskun e tij të shtrembëruar të grumbullimit, i cili lëkundet ndërsa rrotullohet rreth yllit qendror të neutronit të sistemit.

“Disku me të vërtetë lëkundet me kalimin e kohës çdo 35 ditë, dhe erërat kanë origjinën diku në disk dhe kalojnë vijën tonë të shikimit në lartësi të ndryshme mbi disk me kalimin e kohës,” shpjegon Kosec. “Kjo është një veti shumë unike e këtij sistemi që na lejon të kuptojmë më mirë vetitë e tij vertikale të erës.”

Në studimin e ri, studiuesit vëzhguan Hercules X-1 duke përdorur dy teleskopë me rreze X – XMM Newton i Agjencisë Hapësinore Evropiane dhe Observatori Chandra i NASA-s.

“Ajo që matim është një spektër i rrezeve X, që do të thotë sasia e fotoneve me rreze X që mbërrijnë në detektorët tanë, kundrejt energjisë së tyre. Ne matim linjat e absorbimit, ose mungesën e dritës së rrezeve X në energji shumë specifike.” thotë Kosec. “Nga raporti se sa të forta janë linjat e ndryshme, ne mund të përcaktojmë temperaturën, shpejtësinë dhe sasinë e plazmës brenda erës së diskut.”

Me diskun e shtrembëruar të Hercules X-1, astronomët ishin në gjendje të shihnin vijën e diskut që lëvizte lart e poshtë ndërsa ai tundej dhe rrotullohej, ngjashëm me mënyrën se si një rekord i deformuar duket se lëkundet kur shihet nga skaji. Efekti ishte i tillë që studiuesit mund të vëzhgonin shenja të erërave të diskut në lartësitë që ndryshonin në lidhje me diskun, dhe jo në një lartësi të vetme, fikse mbi një disk që rrotullohej në mënyrë uniforme.

Duke matur emetimet e rrezeve X dhe linjat e përthithjes ndërsa disku lëkundet dhe rrotullohet me kalimin e kohës, studiuesit mund të skanojnë karakteristika të tilla si temperatura dhe dendësia e erërave në lartësi të ndryshme në lidhje me diskun e tij dhe të ndërtojnë një hartë dydimensionale të erës. strukturë vertikale.

“Ajo që ne shohim është se era ngrihet nga disku, në një kënd prej rreth 12 gradë në lidhje me diskun ndërsa zgjerohet në hapësirë,” thotë Kosec. “Po bëhet gjithashtu më i ftohtë dhe më i ngjeshur, dhe më i dobët në lartësi më të mëdha mbi disk.”

Ekipi planifikon të krahasojë vëzhgimet e tyre me simulimet teorike të mekanizmave të ndryshëm të lëshimit të erës, për të parë se cilat mund të shpjegojnë më mirë origjinën e erës. Më tej, ata shpresojnë të zbulojnë më shumë sisteme të shtrembëruara dhe të lëkundura dhe të hartojnë strukturat e tyre të erës së diskut. Më pas, shkencëtarët mund të kenë një pamje më të gjerë të erërave të diskut dhe se si rrjedhje të tilla ndikojnë në mjedisin e tyre – veçanërisht në shkallë shumë më të mëdha.

“Si ndikojnë vrimat e zeza supermasive në formën dhe strukturën e galaktikave?” paraqet Erin Kara, Asistent Profesor i Fizikës në Klasën e 1958 për Zhvillimin e Karrierës në MIT. “Një nga hipotezat kryesore është se erërat e diskut, të lëshuara nga një vrimë e zezë, mund të ndikojnë në pamjen e galaktikave. Tani mund të marrim një pamje më të detajuar se si lëshohen këto erëra dhe si duken ato.”