Ученые приблизились к разгадке тайны сверхъярких источников рентгеновского излучения в космосе

Необычные космические объекты, известные как сверхъяркие источники рентгеновского излучения, производят примерно в 10 миллионов раз больше энергии, чем солнце. Они настолько ярко сияют, что, похоже, превосходят физическую границу, называемую пределом Эддингтона, который ограничивает возможную яркость объекта в зависимости от его массы. Сверхъяркие источники рентгеновского излучения (ULX) регулярно превышают этот предел в 100-500 раз, оставляя ученых в полном недоумении.


В работе, опубликованной в The Astrophysical Journal, исследователи сообщили о первом в своем роде измерении ULX, снятом с помощью ядерной спектроскопической телескопической матрицы НАСА (NuSTAR). Вывод подтверждает, что эти излучатели света действительно настолько яркие, что нарушают предел Эддингтона.

Ученые выдвинули гипотезу: предельная яркость обусловлена сильными магнитными полями ULX. Но исследователи могут проверить эту идею только с помощью наблюдений: ULX не могут быть воспроизведены в лабораторных условиях, на это просто не хватит всей энергии, доступной человечеству.

Преодоление предела

Частицы света, называемые фотонами, оказывают небольшое давление на объекты, с которыми они сталкиваются. Если космический объект, такой как ULX, излучает достаточно света на единицу поверхности, внешний толчок фотонов может сокрушить внутреннее притяжение гравитации объекта.

Подобный триггер — когда свет преодолевает гравитацию — имеет большое значение, потому что материя, при столкновении с ULX, становится источником его свечения. Подобное ученые часто наблюдают у черных дыр: сильная гравитация притягивает рассеянный газ и пыль, которые могут нагреваться и излучать свет. Традиционно считалось, что ULX являются черными дырами, окруженными ярким сиянием газа.

Но в 2014 году данные NuSTAR показали, что ULX под названием M82 X-2 на самом деле представляет собой менее массивный объект — нейтронную звезду. Как и черные дыры, нейтронные звезды формируются, когда звезда умирает и схлопывается. Невероятная плотность получившегося космического образования создает гравитационное притяжение на поверхности нейтронной звезды примерно в 100 триллионов раз сильнее, чем гравитационное притяжение на поверхности Земли.

Газ и космическая пыль, втягиваемые этой гравитацией, разгоняются до миллионов километров в час, выделяя огромную энергию, когда попадают на поверхность нейтронной звезды. Эта энергия и производит высокоэнергетический рентгеновский свет, который обнаружил NuSTAR.

Недавнее исследование было нацелено на тот же ULX, открытый в 2014 году, и обнаружило, что, подобно космическому паразиту, M82 X-2 крадет около 9 миллиардов триллионов тонн материи в год у соседней звезды, это примерно в 1,5 раза больше массы Земли. Зная количество материи, попадающей на поверхность нейтронной звезды, ученые могут оценить, насколько ярким должен быть ULX, и их расчеты соответствуют независимым измерениям яркости. Работа подтверждена M82 X-2 превышает предел Эддингтона.

Без иллюзий

Если ученые сумеют подтвердить яркость большего количества ULX, они могут отправить в отставку давнюю гипотезу, которая объяснила бы кажущуюся яркость этих объектов без необходимости превышать предел Эддингтона. Гипотеза, основанная на наблюдениях за другими космическими объектами, утверждает, что мощные потоки образуют полый конус вокруг источника света, концентрируя большую часть излучения в одном направлении. Если он направлен непосредственно на Землю, может возникнуть своего рода оптический обман, создавая ложное впечатление, будто ULX превысил предел яркости.

Альтернативная гипотеза, подтвержденная новым исследованием, предполагает, что сильные магнитные поля искажают сферические атомы в вытянутые, струнные формы. Это уменьшает способность фотонов отталкивать атомы, в конечном итоге увеличивая максимально возможную яркость объекта.


— Маттео Бачетти, астрофизик из Национальной обсерватории Кальяри в Италии.