Ультралюминиевый источник рентгеновского излучения - Ultraluminous X-ray source

Chandra изображение NGC 4485 и NGC 4490: два потенциальных ULXs

Ультраяркий источник рентгеновского излучения ( ULX ) является астрономическим источником рентгеновских лучей , который меньше световой , чем активное ядро галактики , но более последовательно светящийся чем любой известным звездного процесс (более 10 39 эрг / с, или 10 32 Вт ), предполагая, что он изотропно излучает (одинаково во всех направлениях). Обычно в галактиках, в которых они находятся, есть около одного ULX на каждую галактику, но в некоторых галактиках их много. Млечный путь не был показан , чтобы содержать ULX, хотя СС 433 могут представлять собой возможный источник. Основной интерес к ULXs проистекает из их светимости , превышающей Эддингтон светимости от нейтронных звезд и даже звездных черных дыр . Неизвестно, что приводит в действие ULX; модели включают пучковое излучение объектов звездной массы, аккрецию черных дыр промежуточной массы и суперэддингтоновское излучение.

Факты наблюдения

ULX были впервые обнаружены в 1980-х годах Обсерваторией Эйнштейна . Позже наблюдения были сделаны РОСАТом . Большого прогресса достигли рентгеновские обсерватории XMM-Newton и Chandra , которые имеют гораздо большее спектральное и угловое разрешение . Обзор ULX, проведенный наблюдениями Chandra, показывает, что примерно один ULX на галактику в галактиках, которые содержат ULX (в большинстве нет). ULX обнаружены во всех типах галактик, включая эллиптические галактики, но более распространены в галактиках, образующих звезды, и в галактиках, взаимодействующих с гравитацией. Десятки процентов ULX на самом деле являются фоновыми квазарами ; вероятность того, что ULX является фоновым источником, больше в эллиптических галактиках, чем в спиральных галактиках .

Модели

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

Пучковое излучение - если излучение источников сильно излучается, аргумент Эддингтона обходится дважды: во-первых, потому что фактическая светимость источника ниже предполагаемой, а во-вторых, потому что аккреционный газ может исходить с другого направления, чем то, в котором испускаются фотоны . Моделирование показывает, что источники звездной массы могут достигать светимости до 10 40 эрг / с (10 33 Вт), что достаточно для объяснения большинства источников, но слишком мало для наиболее ярких источников. Если источник имеет звездную массу и имеет тепловой спектр , его температура должна быть высокой, умноженная на постоянную Больцмана kT ≈ 1 кэВ, и квазипериодических колебаний не ожидается.

Промежуточная-массовые черные дыры - Черные дыры наблюдаются в природе с массами порядка десять раз массы Солнца , и с массами миллионов до миллиардов массы Солнца. Первые представляют собой « звездные черные дыры », конечный продукт массивных звезд, а вторые - сверхмассивные черные дыры , существующие в центрах галактик. Черные дыры средней массы (IMBHs) представляют собой гипотетический третий класс объектов с массами в диапазоне от сотен до тысяч солнечных масс. Черные дыры средней массы достаточно легки, чтобы не опускаться к центру своих родительских галактик за счет динамического трения , но достаточно массивны, чтобы иметь возможность излучать светимости ULX, не превышая предела Эддингтона . Если ULX представляет собой черную дыру промежуточной массы, в высоком / мягком состоянии она должна иметь тепловую составляющую от аккреционного диска, достигающую максимума при относительно низкой температуре ( kT  ≈ 0,1 кэВ), и может демонстрировать квазипериодические колебания при относительно низкой температуре. частоты .

Аргументом в пользу некоторых источников как возможных ЧДД является аналогия рентгеновских спектров как рентгеновских двойных систем черных дыр звездной массы в увеличенном масштабе. Было обнаружено, 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 (спектр жесткого рентгеновского излучения). Исторически это состояние было связано с более низкой светимостью, хотя с лучшими наблюдениями со спутниками, такими как RXTE, это не обязательно так. Высокое / мягкое состояние характеризуется поглощенной тепловой составляющей (черное тело с температурой диска ( kT  ≈ 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, что 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, мягкий избыток в квазарах PG).

Остатки сверхновых - Яркие остатки сверхновых (SN) могут достигать светимости до 10 39 эрг / с (10 32 Вт). Если ULX является остатком SN, он не изменяется на коротких временных масштабах и исчезает на временной шкале порядка нескольких лет.

Известные ULX

SS 433 - возможный объект ULX ray
  • Holmberg II X-1 : Этот знаменитый ULX находится в карликовой галактике. Множественные наблюдения с помощью XMM показали, что источник находится как в низком / жестком, так и в высоком / мягком состоянии, предполагая, что этот источник может быть увеличенной рентгеновской двойной или аккрецирующей ЧД.
  • M74 : Возможно, содержит черную дыру промежуточной массы , как наблюдал Чандра в 2005 году.
  • M82 X-1 : это самый яркий из известных ULX (по состоянию на октябрь 2004 г.), который часто отмечается как лучший кандидат на размещение черной дыры промежуточной массы. M82-X1 связан со звездным скоплением , демонстрирует квазипериодические колебания (QPO), имеет модуляцию 62 дня в своей рентгеновской амплитуде.
  • M82 X-2 : необычный ULX, который был обнаружен в 2014 году как пульсар, а не черная дыра.
  • NGC 1313 X1 и X2 : NGC 1313, спиральная галактика в созвездии Ретикулум , содержит два сверхъестественных источника рентгеновского излучения. У этих двух источников были низкотемпературные компоненты диска, что интерпретируется как возможное свидетельство присутствия черной дыры промежуточной массы .
  • RX J0209.6-7427 : транзиентная рентгеновская двойная система Be, в последний раз обнаруженная в 1993 году на Магеллановом мосту, которая оказалась пульсаром ULX, когда он проснулся после 26 лет сна в 2019 году.

Смотрите также

Рекомендации