«Эддингтоновский предел – это такое значение светимости звезды, при
которой сила ее светового давления на электроны равна силе притяжения
звездой протонов. Это возможно только когда плазма полностью ионизована и
оптически тонкая», – рассказывает доктор физико-математических наук
Сергей Фабрика.
Сергей Фабрика. Фото с сайта fian-inform.ru
Другими словами, при сверхкритической аккреции сила давления излучения
превышает силу гравитационного притяжения, поэтому из окружающих черную
дыру областей мощным потоком истекает вещество. И это можно наблюдать.
Сверхкритический режим может наступить как в случае черных дыр звездных
масс (т. е. черных дыр, возникающих в процессе эволюции звезд) в тесных
двойных системах при темпах аккреции, превышающих 7-10 масс Солнца в
год, так и в случае сверхмассивных черных дыр в квазарах и ядрах
галактик при темпе аккреции больше 1-10 масс Солнца в год. В нашей
Галактике сверхкритический режим аккреции могут показывать т. н.
рентгеновские транзиенты (микроквазары), но только в течение нескольких
часов – во время максимума вспышки. Известен только один объект, который
имеет постоянный сверхкритический аккреционный диск: это двойная
система SS433, состоящая из сверхгиганта массой в 20 масс Солнца и
черной дыры массой около 10 масс Солнца.
Рисунок 1. Художественное представление системы SS433.
Сверхкритический аккреционный диск SS433 порождает мощный ветер,
истекающий со скоростью несколько тысяч км/с, а перпендикулярно диску
выбрасываются две узкие коллимированные струи вещества со скоростью
80000 км/с. Фото с сайта fian-inform.ru
Эта система была найдена еще в 1979 году, однако ее исследованием
продолжают заниматься до сих пор. Одна из ведущих групп ученых в этой
области работает в САО РАН под руководством Сергея Фабрики.
«Сверхкритический аккреционый диск SS433 прецессирует, поэтому мы можем
его изучать с различных направлений относительно оси диска. Исследуя
диск SS433 с помощью российского телескопа БТА и других крупнейших
мировых телескопов, мы с коллегами изучали канал в этом диске. В канале
формируются излучение и ветер. Объекты типа SS433 в других галактиках
ориентированы для нас случайно. В канале происходит геометрическая
коллимация излучения. Те объекты, у которых мы увидим дно канала, будут
выглядеть чрезвычайно яркими рентгеновскими источниками».
Впервые мощные рентгеновские источники в других галактиках были открыты
в 2000 году с помощью рентгеновской обсерватории «Чандра» (Chandra
X-ray Observatory, NASA). Они были названы ультраяркими рентгеновскими
источниками. Это объекты, рентгеновская светимость которых в сотни и
тысячи раз больше, чем светимость самых ярких черных дыр нашей
Галактики.
«Существует несколько интерпретаций ультраярких рентгеновских
источников. Одна из них связана с тем, что первые звезды, которые
образовывались сразу после рождения нашей Вселенной, на красных
смещениях z=15-25, должны были быть очень массивными – сотни и тысячи
масс Солнца. Соответственно, они должны производить примерно такие же
массивные черные дыры в сотни и тысячи масс Солнца. Это – т. н. черные
дыры промежуточных масс; позднее они будут захвачены образующимися
галактиками, попадут в скопления звезд и захватят звезды. И теперь мы
видим их как очень яркие рентгеновские источники. Другая интерпретация,
которая сейчас мне представляется единственно верной, заключается в том,
что ультраяркие рентгеновские источники – это черные дыры типа SS433, и
мы их наблюдаем близко к оси аккреционного диска», – объясняет
С.Фабрика.
Рисунок 2. Туманность, связанная с ультраярким рентгеновским
источником в галактике Holmberg IX. Кружком показано место локализации
рентгеновского источника. Изображение туманности получено проф. M.
Pakull на японском 8-м телескопе Subaru. Спектры звезд в рентгеновском
боксе ошибок были получены группой С. Фабрики на том же телескопе. Фото с
сайта fian-inform.ru
Рисунок 3. Сталкивающиеся галактики Antennae (NGC 4038 и NGC 4039).
Справа показано изображение галактик, сделанное с помощью телескопа
Хаббл (Hubble Space Telescope), это же изображение показано зеленым
контуром слева. Фото с сайта fian-inform.ru
Рисунок 4. Ультраяркие рентгеновские источники в галактиках
Antennae (Hubble Space Telescope). Зелеными кружками показаны места
локализации рентгеновских источников, палочки указывают на скопления
звезд (где это не очевидно), связанные с ультраяркими рентгеновскими
источниками. Спектры этих скоплений получены с помощью телескопа VLT
(European South Observatory, Paranal, Chile). Фото с сайта
fian-inform.ru
Группа ученых под руководством С.Фабрики получила спектры оптических
звезд, находящихся в местах локализации нескольких ультраярких
рентгеновких источников. Из них они выбрали самые яркие объекты, т. е.
самые близкие, находящиеся на расстояниях не более 10 мегапарсек. Даже
для самых ярких звезд – оптических двойников ультраярких источников, –
потребовался один из самых крупных телескопов мира – восьмиметровый
японский телескоп Subaru. Оказалось, что все эти звезды имеют одинаковый
спектр, причем такой же, как у известного SS433. Этот спектр
сформирован в горячем ветре, температура газа – около 50 000 К, а
скорость ветра – около 1000 км/с.
«Нам удалось доказать, – делится Сергей Фабрика, – что ультраяркие
рентгеновские источники принадлежат молодому и массивному звездному
населению. Наблюдения взаимодействующих галактик Антенны, в которых
много молодых звезд и ультраярких источников, показали, что такие
источники связаны с молодыми звездными скоплениями. Возраст скоплений –
не более 5 млн лет; соответственно, массы звезд-предшественников
ультраярких источников были более 50-70 масс Солнца».
Эти наблюдения показывают, что ультраяркие рентгеновские источники есть
не что иное, как сверхкритические аккреционные диски вокруг черных дыр
звездных масс в двойных системах. Но помимо этого, они также
подтверждают современные представления о формировании скоплений звезд.
При коллапсе ядра скопления самые массивные звезды опускаются в центр на
относительно короткое время (около 1 млн лет), при этом в скоплении
формируется плотное ядро из массивных звезд. В результате тройных или
четвертных столкновений скопление выбрасывает двойные массивные звезды и
вокруг него формируется ореол из молодых массивных звезд. Далее эти
звезды вспыхивают как сверхновые и производят релятивистские звезды,
которые наблюдаются с Земли как яркие и ультраяркие рентгеновские
источники. Именно по этой причине часть источников находится не в
скоплениях, а на расстоянии 100-300 парсек от скоплений (как на рис. 4).
Источник: АНИ «ФИАН-информ»
|
