Странный сверхъяркий объект бросает вызов законам физики
На расстоянии нескольких миллиардов световых лет от Земли странный источник сверхъярких рентгеновских лучей светит в миллионы раз ярче Солнца, нарушая физический закон, называемый пределом Эддингтона. Как это можно объяснить?
Предел Эддингтона
Ультрасветящиеся рентгеновские источники (ULX) - это объекты, излучающие чрезвычайно высокие уровни рентгеновского излучения. Эти объекты уже много лет озадачивают астрофизиков. Они производят примерно в десять миллионов раз больше энергии, чем Солнце, настолько много, что кажется, что они превышают физический предел, называемый пределом Эддингтона.
Названный в честь астрофизика сэра Артура Эддингтона, он представляет собой теоретическую меру максимальной скорости аккреции материи для компактного небесного объекта. Он определяется балансом между двумя противоположными силами: гравитационной силой, которая притягивает материю к компактному объекту, и радиационным давлением, которое отталкивает материю.
Радиационное давление создается светом и другими видами излучения, испускаемого аккреционным диском, окружающим компактный объект. Когда материя падает на объект, она нагревается и испускает излучение. Если скорость аккреции слишком высока, давление излучения становится достаточно сильным, чтобы противодействовать гравитационной силе и предотвратить падение вещества на объект. В этот момент скорость аккреции достигает предела Эддингтона.
Что озадачивает исследователей, так это то, что эти знаменитые ULX регулярно превышают этот предел в 100-500 раз.
Учитывая это, исследователи NASA недавно изучили один из этих объектов, чтобы узнать больше. Для этого они использовали сеть ядерных спектроскопических телескопов NuSTAR. Работа, опубликованная в журнале , подтвердила, что эта конкретная ULX под названием M82 X-2, расположенная на расстоянии около девяти миллиардов световых лет, определенно слишком яркая. Другими словами, она действительно не соответствует пределу Эддингтона.
Нейтронная звезда
Считается, что большинство ULX являются результатом аккреции материи черными дырами средней массы. В этих бинарных системах звезда-компаньон теряет вещество, которое затем притягивается к черной дыре, создавая вокруг нее аккреционный диск. Другая возможность заключается в том, что ULX представляют собой бинарные системы, состоящие из нейтронной звезды и звезды-компаньона. Эта идея является наиболее предпочтительной.
Как и черные дыры, нейтронные звезды образуются, когда массивная звезда умирает и коллапсирует сама на себя, упаковывая несколько солнечных масс на площади не намного больше среднего города. Эта невероятная плотность создает интенсивное гравитационное притяжение на поверхности звезды. В случае бинарной (двухобъектной) системы эти остатки звезд затем вытягивают материал из своей звезды-компаньона. Газы и другие материалы, увлекаемые этой гравитацией, разгоняются до миллионов километров в час, высвобождая невероятную энергию при ударе о поверхность нейтронной звезды. В результате образуется высокоэнергетическое рентгеновское излучение, которое может быть обнаружено с Земли.
В ходе этой работы исследователи установили, что M82 X-2 похищает у близлежащей звезды около девяти миллиарды миллиардов тонн вещества в год. Чтобы получить представление об этом, отметим, что это эквивалентно 1,5 Земли. Зная количество материала, попадающего на поверхность нейтронной звезды, исследователи смогли оценить яркость объекта.
Но как тогда объяснить превышение Эддингтоновского предела? Поддерживаемая здесь гипотеза предполагает, что сильные магнитные поля искажают атомы примерно сферического поглощенного вещества в вытянутые, нитевидные формы. Это уменьшает способность фотонов отталкивать атомы, что в конечном итоге увеличивает максимально возможную яркость объекта.