چرا جسم مرموز Cygnus X-3 اینقدر درخشان است؟ ستاره شناسان ممکن است اکنون پاسخ این سوال را داشته باشند

سیستم دوتایی ساطع کننده اشعه ایکس Cygnus X-3 دارای یک ستاره عظیم است که ماده را به یک جسم فشرده، احتمالاً یک سیاهچاله، اهدا می کند. این ممکن است روشنایی گیج کننده آن را توضیح دهد.

نشان داده شده است که یک سیستم دوتایی حاوی یک ستاره پرجرم و احتمالاً یک سیاهچاله، که با هم منبع پرتوهای ایکس شدید هستند، نمونه ای در مقیاس کوچکتر از برخی از درخشان ترین اختروش های جهان است.

یافته‌های جدید، از یک تیم بین‌المللی که از فضاپیمای کاوشگر قطب‌سنجی پرتو ایکس ناسا (IXPE) استفاده کرده است، توضیح می‌دهد که چگونه یک سیستم دوتایی پرتو ایکس واقع در فاصله ۲۴۰۰۰ سال نوری از ما در کهکشان راه شیری در حال تقویت تشعشع پرتو ایکس خود در کهکشان راه شیری است. یک حفره قیفی شکل که سیاهچاله احتمالی را احاطه کرده است.

این سیستم، Cygnus X-3، در اوایل دهه ۱۹۷۰ کشف شد، زمانی که تلسکوپ های رادیویی جت های قدرتمندی را دیدند که با سرعت نور از آن خارج می شدند. انتشار رادیویی از این جت ها قبل از خاموش شدن چند روز طول می کشد تا بعداً دوباره روشن شود. منشا جت ها در آن زمان مرموز بود. این سیستم به عنوان یک ‘معمای نجومی’ توصیف می‌شد، زیرا ما حتی نمی‌توانیم Cygnus X-3 را در نور مرئی ببینیم. غبار غلیظ در صفحه کهکشان ما مسدود شده است. در طول دهه ۱۹۷۰، اخترشناسان رادیویی در رصدخانه‌های سراسر جهان با هماهنگی تلفنی سعی کردند Cygnus X-3 را هنگام روشن یا خاموش کردن، بگیرند.

در طول سال ها، مشاهدات بیشتر در طول موج های رادیویی، فروسرخ و اشعه ایکس به اخترشناسان اجازه داد تا دریابند که Cygnus X-3 یک سیستم دوتایی پرتو ایکس است که شامل انتقال ماده بین یک ستاره پرجرم و یک جسم فشرده است که به دور یک مرکز مشترک می چرخد. از جاذبه این جرم فشرده یا یک ستاره نوترونی است یا به احتمال زیاد یک سیاهچاله با جرمی تقریباً پنج برابر بیشتر از جرم خورشید ما. این ستاره پرجرم یک ستاره Wolf-Rayet است – مرحله نادری که ستارگان ابرغول تحت آن قرار می‌گیرند، که در آن بادهای ستاره‌ای قدرتمندی ساطع می‌کنند که تکه‌های بزرگی از پوشش بیرونی خود را به فضا می‌برند. این ماده ای است که از این ستاره Wolf-Rayet بر روی باد دمیده شده است که یک قرص برافزایشی را تغذیه می کند که به دور جسم فشرده می چرخد.

با این حال، درخشندگی Cygnus X-3 به سختی قابل باور است. جریان ماده روی یک جسم فشرده مانند سیاهچاله توسط خاصیتی به نام حد Eddington کنترل می شود. اگر سرعت برافزایش به اندازه کافی بالا باشد، دیسک برافزایش به یک لجم تبدیل می‌شود – ماده در نهایت پشتیبان می‌شود، دیسک متراکم می‌شود و آنقدر داغ می‌شود که میزان تابش خارج شده می‌تواند ورود مواد تازه را متوقف کند. به این ترتیب، سیاه‌چاله‌ها می‌توانند رشد خود را تنظیم کنند و برخی از مواد در جت‌های رادیویی به بیرون تف می‌شوند.

با این حال، برخی از درخشان‌ترین اختروش‌ها – کهکشان‌هایی با سیاه‌چاله‌های فوق‌جرم بسیار فعال در قلبشان – به نظر می‌رسد که حد ادینگتون را می‌شکنند، زیرا درخشندگی آن‌ها بسیار زیاد است، با این حال به نظر می‌رسد هنوز در حال برافزایش ماده هستند. و Cygnus X-3 به نظر می رسد در این دسته قرار می گیرد، البته در مقیاس کوچکتر.

اکنون، تیمی به رهبری الکساندرا ولدینا از دانشگاه تورکو در فنلاند از IXPE برای اندازه‌گیری درجه قطبش نور پرتو ایکسی که از Cygnus X-3 می‌آید، استفاده کرده‌اند. آنها دریافتند که میزان قطبش آنقدر زیاد است که فقط می توان آن را با پراکندگی اشعه ایکس از داخل یک حفره قیفی شکل در قلب دیسک برافزایش توضیح داد.

ولدینا در بیانیه ای گفت: ‘ما کشف کرده ایم که جسم فشرده با پوششی از یک ماده متراکم و مات احاطه شده است.’ نوری که مشاهده می‌کنیم بازتابی از دیواره‌های قیف داخلی است که توسط گاز اطراف تشکیل شده است و شبیه یک فنجان با آینه داخلی است.

یک پوشش مات که توسط یک حفره قیفی شکل بالا می رود، نمونه اختروش هایی است که به عنوان ‘ULXs’ توصیف می شوند – منابع پرتو ایکس فوق درخشان. مقیاس تقویت در نتیجه پراکندگی اشعه ایکس از داخل حفره قیف نیز مشابه ULX است.

یوری پوتانن از دانشگاه تورکو، عضو تیم مطالعه، گفت: ULX ها معمولاً به عنوان نقاط نورانی در تصاویر کهکشان های دور مشاهده می شوند که انتشار آن ها با تأثیرات تمرکز قیف اطراف جسم فشرده تقویت می شود و شبیه به یک مگافون است. با این حال، به دلیل فواصل بسیار زیاد تا این منابع … آنها در تلسکوپ های اشعه ایکس نسبتا ضعیف به نظر می رسند.

بنابراین، یادگیری در مورد ULX ها در اختروش ها دشوار است، اما ستاره شناسان اکنون می توانند از Cygnus X-3 بسیار نزدیک تر به عنوان مدلی برای درک بهتر آن ULX های دور استفاده کنند.

پوتانن گفت: ‘کشف ما اکنون نمونه درخشان این ULX های دوردست را که در کهکشان خودمان ساکن هستند، نشان داده است.’

فوران های Cygnus X-3 به لطف مدار بیضی شکل ستاره Wolf-Rayet در اطراف جسم فشرده متناوب است، به این معنی که گاهی اوقات نزدیک تر است و مواد بیشتری در باد روی سیاهچاله احتمالی می افتد. IXPE توانست ببیند زمانی که Cygnus X-3 در فاز ULX خود قرار دارد – زمانی که مقدار مواد وارد شده در بالاترین حد خود است – درجه قطبش به ۲۴.۹٪ می رسد، اما وقتی سیستم کمتر فعال است، قطبش به ۱۰.۴٪ کاهش می یابد. . این نشان می دهد که ساختار قیف در پاسخ به مقادیر بیشتر یا کمتر برافزایش تغییر می کند. تیم Veledina پیش‌بینی می‌کند که اگر نرخ برافزایش بسیار پایین بیاید، قیف می‌تواند به طور کامل فرو بریزد، تنها زمانی که برافزایش دوباره افزایش یابد، خود را بازسازی کند.

این تیم اکنون در حال برنامه ریزی مشاهدات بیشتر برای تلاش برای مشاهده این فروپاشی است که با کاهش قطبی شدن تقریباً صفر نشان داده می شود و نشان می دهد که گسیل اشعه ایکس مستقیماً از گاز داغ روی سطح قرص برافزایشی می آید و نه غیر مستقیم. از طریق پراکندگی در داخل قیف.