Сверхъяркий источник рентгеновского излучения

Сверхяркий источник рентгеновского излучения ( ULX ) — это астрономический источник рентгеновского излучения , который менее яркий, чем активное ядро галактики , но более стабильно светится, чем любой известный звездный процесс (более 10 ³⁹ эрг /с, или 10 ³² Вт ), предполагая, что он излучает изотропно (одинаково во всех направлениях). Обычно в галактиках, в которых они расположены, на галактику приходится около одного ULX, но в некоторых галактиках их много. Не было показано, что Млечный Путь содержит ULX, хотя SS 433 может быть возможным источником. Основной интерес к ULX обусловлен тем, что их светимость превышает эддингтоновскую светимость нейтронных звезд и даже звездных черных дыр . Неизвестно, на чем основаны ULX; модели включают лучевое излучение объектов звездной массы, аккрецирующие черные дыры промежуточной массы и суперэддингтоновское излучение.

Факты наблюдения

ULX были впервые обнаружены в 1980-х годах Обсерваторией Эйнштейна . Позже наблюдения были сделаны ROSAT . Большого прогресса добились рентгеновские обсерватории XMM-Ньютон и Чандра , обладающие гораздо большим спектральным и угловым разрешением . Обзор ULX, проведенный наблюдениями Чандры , показывает, что в галактиках, в которых есть ULX (в большинстве из них нет), на каждую галактику приходится примерно один ULX. ^{[ 1 ]} ULX встречаются во всех типах галактик, включая эллиптические галактики , но более распространены в звездообразующих галактиках и в гравитационно взаимодействующих галактиках. Десятки процентов ULX на самом деле являются фоновыми квазарами ; Вероятность того, что ULX будет источником фона, больше в эллиптических галактиках, чем в спиральных галактиках .

Модели

Тот факт, что ULX имеют светимость по Эддингтону больше, чем у объектов звездной массы, означает, что они отличаются от обычных рентгеновских двойных систем . Существует несколько моделей ULX, и вполне вероятно, что разные модели применимы к разным источникам.

Направленное излучение . Если излучение источников сильно направлено, аргумент Эддингтона обходит дважды: во-первых, потому что фактическая светимость источника ниже предполагаемой, а во-вторых, потому что аккрецированный газ может прийти из другого направления, чем то, в котором фотоны испускаются. Моделирование показывает, что источники звездной массы могут достигать светимости до 10 ⁴⁰ эрг/с (10 ³³ W), достаточно, чтобы объяснить большинство источников, но слишком мало для наиболее ярких источников. Если источник имеет звездную массу и имеет тепловой спектр , его температура должна быть высокой, температура, умноженная на константу Больцмана kT ≈ 1 кэВ, и квазипериодических колебаний не ожидается.

Черные дыры промежуточной массы . В природе наблюдаются черные дыры с массами порядка десяти масс Солнца и с массами от миллионов до миллиардов масс Солнца. Первые представляют собой « звездные черные дыры », конечный продукт деятельности массивных звезд, а вторые представляют собой сверхмассивные черные дыры и существуют в центрах галактик. Черные дыры промежуточной массы (ЧДД) представляют собой гипотетический третий класс объектов с массами в диапазоне от сотен до тысяч солнечных масс. ^{[ 2 ]} Черные дыры промежуточной массы достаточно легки, чтобы не опускаться к центру родительской галактики из-за динамического трения , но достаточно массивны, чтобы иметь возможность излучать при светимости ULX, не превышая предела Эддингтона . Если ULX представляет собой черную дыру промежуточной массы, то в высоком/мягком состоянии она должна иметь тепловую составляющую аккреционного диска с максимумом при относительно низкой температуре ( kT ≈ 0,1 кэВ) и может демонстрировать квазипериодические колебания при относительно низких температурах. частоты .

Аргументом в пользу того, что некоторые источники являются возможными IMBH, является аналогия рентгеновских спектров рентгеновских двойных черных дыр звездной массы в увеличенном масштабе. Было замечено, что спектры рентгеновских двойных систем проходят через различные переходные состояния. Наиболее заметными из этих состояний являются низкое/жесткое состояние и высокое/мягкое состояние (см. Remillard & McClintock 2006). Низкое/жесткое состояние или состояние с преобладанием степенного закона характеризуется поглощенным степенным рентгеновским спектром со спектральным индексом от 1,5 до 2,0 (жесткий рентгеновский спектр). Исторически это состояние было связано с более низкой светимостью, хотя при более качественных наблюдениях с помощью таких спутников, как RXTE, это не обязательно так. Высокое/мягкое состояние характеризуется поглощенной тепловой составляющей (черное тело с температурой диска ( кТ ≈ 1,0 кэВ) и степенным законом (спектральный индекс ≈ 2,5). По крайней мере, один источник ULX, Holmberg II X-1, был наблюдается в состояниях со спектрами, характерными как для высокого, так и для низкого состояния. Это предполагает, что некоторые ULX могут аккрецировать IMBH (см. Winter, Mushotzky, Reynolds). 2006).

Фоновые квазары . Значительная часть наблюдаемых ULX на самом деле являются фоновыми источниками. Такие источники можно идентифицировать по очень низкой температуре (например, по мягкому избытку в PG-квазарах).

сверхновых Остатки . Яркие остатки сверхновых (SN), возможно, могут достигать светимости до 10. ³⁹ эрг/с (10 ³² В). Если ULX является остатком SN, он не является переменным в коротких временных масштабах и затухает во временном масштабе порядка нескольких лет.

Известные ULX

Хольмберг II X-1 : Этот знаменитый ULX находится в карликовой галактике. Многочисленные наблюдения с помощью XMM выявили источник как в низком/жестком, так и в высоком/мягком состоянии, что позволяет предположить, что этот источник может быть увеличенной рентгеновской двойной системой или аккрецирующей IMBH.
M74 : возможно, содержит черную дыру промежуточной массы , наблюдаемую Чандрой в 2005 году.
M82 X-1 : это самая яркая из известных ULX (по состоянию на октябрь 2004 г.), и ее часто отмечают как лучшего кандидата на место черной дыры промежуточной массы. ^{[ 3 ]} M82-X1 связан со звездным скоплением , демонстрирует квазипериодические колебания (QPO), имеет модуляцию рентгеновской амплитуды 62 дня.
M82 X-2 : необычный ULX, который, как было обнаружено в 2014 году, является пульсаром, а не черной дырой. ^{[ 4 ]}

M101 -X1 : один из самых ярких ULX со светимостью до 10. ⁴¹ эрг/с (10 ³⁴ В). Этот ULX совпадает с оптическим источником, который был интерпретирован как звезда- сверхгигант , что подтверждает предположение о том, что это может быть рентгеновская двойная система . ^{[ 5 ]}

Совмещенные снимки Хаббла и Очень Большого Телескопа MUSE окружающей среды вокруг NGC 1313 X-1. RGB-изображение туманности MUSE, вырезанное ULX, находящимся в ее центре (обозначено звездой), видно в трех узких фильтрах, показывающих выбросы кислорода, серы и водорода. ^{[ 6 ]}.
NGC 1313 X1 и X2 : NGC 1313, спиральная галактика в созвездии Ретикулум , содержит два сверхярких источника рентгеновского излучения. ^{[ 7 ]} Эти два источника имели низкотемпературные дисковые компоненты, что было интерпретировано как возможное свидетельство присутствия черной дыры промежуточной массы . ^{[ 8 ]} Однако, хотя низкоэнергетическое излучение можно смоделировать как низкотемпературный диск, высокоэнергетическое излучение противоречит гипотезе черной дыры промежуточной массы . ^{[ 9 ]} Кроме того, у NGC 1313 X-2 обнаружены рентгеновские пульсации. ^{[ 10 ]} идентифицируя объект как нейтронную звезду . В то же время гипотеза черной дыры промежуточной массы не может объяснить наличие больших оптических пузырей, окружающих каждую из ULX. ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} Более вероятно, что эти два ULX содержат нейтронные звезды звездной массы или черные дыры , аккрецирующие со скоростью суперэддингтоновской массопереноса, и что мощные ветры аккреционного диска сдули окружающую их полость. ^{[ 6 ]}
RX J0209.6-7427 : переходная Be-рентгеновская двойная система, последний раз обнаруженная в 1993 году в Магеллановом мосту, которая оказалась пульсаром ULX, когда она проснулась от глубокого сна после 26 лет в 2019 году. ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]}

См. также

Ссылки

^ Шварц, Д.А.; и др. (октябрь 2004 г.). «Популяция сверхярких источников рентгеновского излучения из архива галактик Чандра». Серия дополнений к астрофизическому журналу . 154 (2): 519–539. arXiv : astro-ph/0405498 . Бибкод : 2004ApJS..154..519S . дои : 10.1086/422842 . S2CID 16576561 .
^ Мерритт, Дэвид (2013). Динамика и эволюция галактических ядер . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета . ISBN 9781400846122 .
^ Миллер, Дж. М.; и др. (октябрь 2004 г.). «Сравнение кандидатов в сверхяркие рентгеновские источники черной дыры промежуточной массы и черных дыр звездной массы». Астрофизический журнал . 614 (2): Л117–Л120. arXiv : astro-ph/0406656 . Бибкод : 2004ApJ...614L.117M . дои : 10.1086/425316 . S2CID 8471249 .
^ Бачетти, М.; Харрисон, ФА; Уолтон, диджей; Грефенштетте, BW; Чакрабати, Д.; Фюрст, Ф.; Баррет, Д.; и др. (9 октября 2014 г.). «Сверхъяркий источник рентгеновского излучения, питаемый аккрецирующей нейтронной звездой». Природа . 514 (7521): 202–204. arXiv : 1410.3590 . Бибкод : 2014Natur.514..202B . дои : 10.1038/nature13791 . ПМИД 25297433 . S2CID 4390221 .
^ Кунц, К.Д.; и др. (февраль 2005 г.). «Оптический аналог M101 ULX-1» . Астрофизический журнал . 620 (1): L31–L34. Бибкод : 2005ApJ...620L..31K . дои : 10.1086/428571 . hdl : 2060/20050123916 .
^ Jump up to: ^а ^б Оранжевый, Белый (18 января 2023 г.). «Как черные дыры и нейтронные звезды сеют хаос в межзвездной среде (с реальными изображениями)» . Середина . Проверено 18 января 2023 г.
^ Ирион Р. (23 июля 2003 г.). «Более убедительные аргументы в пользу черных дыр среднего размера» .
^ Миллер, Дж. М.; и др. (март 2003 г.). «Рентгеноспектроскопические доказательства существования черных дыр промежуточной массы: холодные аккреционные диски в двух сверхярких источниках рентгеновского излучения». Письма астрофизического журнала . 585 (1): Л37–Л40. arXiv : astro-ph/0211178 . Бибкод : 2003ApJ...585L..37M . дои : 10.1086/368373 . S2CID 119389674 .
^ Бачетти, Маттео; Рана, Викрам; Уолтон, Доминик Дж.; Баррет, Дидье; Харрисон, Фиона А.; Боггс, Стивен Э.; Кристенсен, Финн Э.; Крейг, Уильям В.; Фабиан, Эндрю С.; Фюрст, Феликс; Грефенстетт, Брайан В.; Хейли, Чарльз Дж.; Хорншемайер, Энн; Мэдсен, Кристин К.; Миллер, Джон М. (13 ноября 2013 г.). «СВЕРХЯРКИЕ ИСТОЧНИКИ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ NGC 1313 X-1 И X-2: ШИРОКОПОЛОСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ С ПОМОЩЬЮ NuSTAR И XMM-Newton» . Астрофизический журнал . 778 (2): 163. arXiv : 1310.0745 . Бибкод : 2013ApJ...778..163B . дои : 10.1088/0004-637X/778/2/163 . ISSN 0004-637X . S2CID 28161179 .
^ Сатьяпракаш, Р.; Робертс, ТП; Уолтон, диджей; Фюрст, Ф.; Бачетти, М.; Пинто, К.; Олстон, Западная Нью-Йорк; Эрншоу, HP; Фабиан, AC; Миддлтон, MJ; Сория, Р. (01 сентября 2019 г.). «Обнаружение слабых когерентных пульсаций в сверхярком источнике рентгеновского излучения NGC 1313 X-2» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 488 (1): L35–L40. arXiv : 1906.00640 . Бибкод : 2019MNRAS.488L..35S . дои : 10.1093/mnrasl/slz086 . ISSN 0035-8711 .
^ Пакулл, Манфред В.; Мириони, Лоран (26 февраля 2002 г.). «Оптические аналоги сверхярких источников рентгеновского излучения». arXiv : astro-ph/0202488 .
^ Гурпиде, А.; Парра, М.; Годе, О.; Контини, Т.; Олив, Ж.-Ф. (01.10.2022). «MUSE-спектроскопия ULX NGC 1313 X-1: ударно-ионизированный пузырь, рентгеновская фотоионизированная туманность и два остатка сверхновой» . Астрономия и астрофизика . 666 : А100. arXiv : 2201.09333 . Бибкод : 2022A&A...666A.100G . дои : 10.1051/0004-6361/202142229 . ISSN 0004-6361 . S2CID 246240982 .
^ Чандра, AD; Рой, Дж.; Агравал, ПК; Чоудхури, М. (3 июня 2020 г.). «Исследование недавней вспышки Be/рентгеновской двойной системы RX J0209.6-7427 с помощью AstroSat: новый сверхяркий рентгеновский пульсар в Магеллановом мосту?» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 495 (3): 2664–2672. arXiv : 2004.04930 . Бибкод : 2020MNRAS.495.2664C . дои : 10.1093/mnras/staa1041 .
^ «Сверхъяркий источник рентгеновского излучения пробуждается вблизи галактики, расположенной недалеко от нас» . Королевское астрономическое общество . 3 июня 2020 г.

Ремиллард, Рональд А.; МакКлинток, Джеффри Э. (сентябрь 2006 г.). «Рентгеновские свойства двойных черных дыр». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики . 44 (1): 49–92. arXiv : astro-ph/0606352 . Бибкод : 2006ARA&A..44...49R . doi : 10.1146/annurev.astro.44.051905.092532 . S2CID 119417042 .
Зима, ЛМ; и др. (октябрь 2006 г.). «Архивное исследование XMM-Newton популяции ULX в соседних галактиках». Астрофизический журнал . 649 (2): 730–752. arXiv : astro-ph/0512480 . Бибкод : 2006ApJ...649..730W . дои : 10.1086/506579 . S2CID 118445260 .

[swartz04-1] Шварц, Д.А.; и др. (октябрь 2004 г.). «Популяция сверхярких источников рентгеновского излучения из архива галактик Чандра». Серия дополнений к астрофизическому журналу . 154 (2): 519–539. arXiv : astro-ph/0405498 . Бибкод : 2004ApJS..154..519S . дои : 10.1086/422842 . S2CID 16576561 .

[DEGN-2] Мерритт, Дэвид (2013). Динамика и эволюция галактических ядер . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета . ISBN 9781400846122 .

[3] Миллер, Дж. М.; и др. (октябрь 2004 г.). «Сравнение кандидатов в сверхяркие рентгеновские источники черной дыры промежуточной массы и черных дыр звездной массы». Астрофизический журнал . 614 (2): Л117–Л120. arXiv : astro-ph/0406656 . Бибкод : 2004ApJ...614L.117M . дои : 10.1086/425316 . S2CID 8471249 .

[4] Бачетти, М.; Харрисон, ФА; Уолтон, диджей; Грефенштетте, BW; Чакрабати, Д.; Фюрст, Ф.; Баррет, Д.; и др. (9 октября 2014 г.). «Сверхъяркий источник рентгеновского излучения, питаемый аккрецирующей нейтронной звездой». Природа . 514 (7521): 202–204. arXiv : 1410.3590 . Бибкод : 2014Natur.514..202B . дои : 10.1038/nature13791 . ПМИД 25297433 . S2CID 4390221 .

[kuntz05-5] Кунц, К.Д.; и др. (февраль 2005 г.). «Оптический аналог M101 ULX-1» . Астрофизический журнал . 620 (1): L31–L34. Бибкод : 2005ApJ...620L..31K . дои : 10.1086/428571 . hdl : 2060/20050123916 .

[:0-6] Jump up to: ^а ^б Оранжевый, Белый (18 января 2023 г.). «Как черные дыры и нейтронные звезды сеют хаос в межзвездной среде (с реальными изображениями)» . Середина . Проверено 18 января 2023 г.

[Irion-7] Ирион Р. (23 июля 2003 г.). «Более убедительные аргументы в пользу черных дыр среднего размера» .

[miller03-8] Миллер, Дж. М.; и др. (март 2003 г.). «Рентгеноспектроскопические доказательства существования черных дыр промежуточной массы: холодные аккреционные диски в двух сверхярких источниках рентгеновского излучения». Письма астрофизического журнала . 585 (1): Л37–Л40. arXiv : astro-ph/0211178 . Бибкод : 2003ApJ...585L..37M . дои : 10.1086/368373 . S2CID 119389674 .

[9] Бачетти, Маттео; Рана, Викрам; Уолтон, Доминик Дж.; Баррет, Дидье; Харрисон, Фиона А.; Боггс, Стивен Э.; Кристенсен, Финн Э.; Крейг, Уильям В.; Фабиан, Эндрю С.; Фюрст, Феликс; Грефенстетт, Брайан В.; Хейли, Чарльз Дж.; Хорншемайер, Энн; Мэдсен, Кристин К.; Миллер, Джон М. (13 ноября 2013 г.). «СВЕРХЯРКИЕ ИСТОЧНИКИ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ NGC 1313 X-1 И X-2: ШИРОКОПОЛОСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ С ПОМОЩЬЮ NuSTAR И XMM-Newton» . Астрофизический журнал . 778 (2): 163. arXiv : 1310.0745 . Бибкод : 2013ApJ...778..163B . дои : 10.1088/0004-637X/778/2/163 . ISSN 0004-637X . S2CID 28161179 .

[10] Сатьяпракаш, Р.; Робертс, ТП; Уолтон, диджей; Фюрст, Ф.; Бачетти, М.; Пинто, К.; Олстон, Западная Нью-Йорк; Эрншоу, HP; Фабиан, AC; Миддлтон, MJ; Сория, Р. (01 сентября 2019 г.). «Обнаружение слабых когерентных пульсаций в сверхярком источнике рентгеновского излучения NGC 1313 X-2» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 488 (1): L35–L40. arXiv : 1906.00640 . Бибкод : 2019MNRAS.488L..35S . дои : 10.1093/mnrasl/slz086 . ISSN 0035-8711 .

[11] Пакулл, Манфред В.; Мириони, Лоран (26 февраля 2002 г.). «Оптические аналоги сверхярких источников рентгеновского излучения». arXiv : astro-ph/0202488 .

[12] Гурпиде, А.; Парра, М.; Годе, О.; Контини, Т.; Олив, Ж.-Ф. (01.10.2022). «MUSE-спектроскопия ULX NGC 1313 X-1: ударно-ионизированный пузырь, рентгеновская фотоионизированная туманность и два остатка сверхновой» . Астрономия и астрофизика . 666 : А100. arXiv : 2201.09333 . Бибкод : 2022A&A...666A.100G . дои : 10.1051/0004-6361/202142229 . ISSN 0004-6361 . S2CID 246240982 .

[13] Чандра, AD; Рой, Дж.; Агравал, ПК; Чоудхури, М. (3 июня 2020 г.). «Исследование недавней вспышки Be/рентгеновской двойной системы RX J0209.6-7427 с помощью AstroSat: новый сверхяркий рентгеновский пульсар в Магеллановом мосту?» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 495 (3): 2664–2672. arXiv : 2004.04930 . Бибкод : 2020MNRAS.495.2664C . дои : 10.1093/mnras/staa1041 .

[14] «Сверхъяркий источник рентгеновского излучения пробуждается вблизи галактики, расположенной недалеко от нас» . Королевское астрономическое общество . 3 июня 2020 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]